Categorie: Fisica classica
Tags: acqua Alberto Guido luce polarizzazione polarizzazione elettronica
Scritto da: Vincenzo Zappalà
Commenti:17
La luce mette "in riga" gli atomi **
Questo articolo è una delle tante "ciliegine cosmiche" che potete gustare QUI
Questa brevissima ciliegina vuole rispondere a una domanda fattami da Alberto, a cui avevo dato solo una rapidissima risposta in attesa di scrivere questa breve e semplificata spiegazione.
Devo ringraziare di vero cuore Alberto, che sta letteralmente setacciando molti dei vecchi articoli. Non solo mi aiuta a correggere eventuali refusi, ma compie proprio quel piccolo miracolo che illustra molto bene Guido nel suo bellissimo racconto "Coelum Stellatum" e che può essere sintetizzato in una sua frase: "NON CEDERE ALL'OBLIO". Ecco, Alberto riporta al presente il mio piccolo e gioioso lavoro fatto in tanti anni e che lentamente tendeva a disperdersi e a scomparire nell'oblio.
Bene, passiamo a cose più "pratiche": "Perché l'acqua polarizza la luce?".
La faccenda riguarda la risposta della materia in presenza di un campo elettrico. Vi sono vari sistemi per polarizzare la luce che viene riflessa o diffusa, dopo essere stata investita dal campo elettrico generato dalla luce. Noi ci limitiamo al più semplice che ben si adatta all'acqua, materiale amorfo.
Quando è in "quiete", i suoi atomi si trovano in un quasi perfetto equilibrio, nel senso che la nuvola elettronica si distribuisce in modo regolare attorno al nucleo. Le piccole deformazioni possono causare una situazione in cui la direzione della polarizzazione è realmente qualsiasi. Cosa succede, però, se questo insieme di atomi in completo "relax" viene investito da un campo elettrico? Beh, la nuvola elettronica e il nucleo risentono in modo uguale e opposto della carica che viene introdotta e la nuvola elettronica si deforma. In semplici parole, essa si sposta da un lato e il nucleo dall'altro (una viene attratta e l'altro viene, ad esempio, respinto). In breve, ogni atomo forma un dipolo e questi dipoli si sistemano in una direzione più o meno identica. La luce che riflettono (o disperdono) segue perciò una direzione di polarizzazione abbastanza ben definita.
La Figura che segue schematizza di molto la situazione, dove i nuclei atomici sono le palline nere e le nuvole elettroniche le corone circolari gialle che poi diventano ellittiche. Insomma, tutte le cariche negative da un lato e quelle positive dall'altro. Questo meccanismo prende proprio il nome di polarizzazione elettronica.
Vi sono anche altri meccanismi di polarizzazione che interessano materiale di struttura diversa: abbiamo così quella ionica, quella dipolare (o di orientazione) e quella interfacciale.
Direi, comunque, che è inutile entrare nei dettagli, dato che l'argomento è tutt'altro che banale. Io ho solo cercato di semplificarlo al massimo...
17 commenti
... e sei stato chiarissimo.
Ne deduco che un simile meccanismo si attiva con gli elettroni di una superficie metallica colpita dalla luce. Ma in questo caso, se non sbaglio, quelli esterni sono ancora più liberi di muoversi passando da un atomo a un altro. Mi posso immaginare che si tratti di un fenomeno ben complesso. Anche qui ho una confessione da farti: il mio particolare interesse deriva dal mio mestiere di fotografo specializzato in promozione turistica.
Tutta la vita ho usato il filtro polarizzatore per mostrare acque trasparentissime (se togli il riflesso superficiale vedi meglio il fondo) e cieli blu intensi a scapito di una perdita di luminosità fino a due diaframmi.
Buongiorno a tutto il Circolo.
E per dimostrare che all'oblio non si cederà ho proposto a mia nipote di portare all'esame di maturità scientifica, ormai prossimo, una tesina sul diagramma di Minkowski, con esempio di applicazione pratica ad un semplice problemino di RR. Il lavoro sarà basato sugli articoli di Enzo in merito. La fonte sarà naturalmente citata.
caro Guido,
grazie mille... un grandissimo onore di cui sono più che grato a tua nipote e a te! La fonte conta poco, l'importante è che sia servito a qualcuno...
Ciao Enzone, ho dato una scorsa al circolo ma non ho trovato nulla riguardo alla trasparenza dei materiali che dovrebbe essere dovuta alla stabilita elettronica del composto, alla luce che lo attraversa. Allunga la ciliegina per chiarire un poco anche questa situazione, oppure metti il link nel caso lo avessi già spiegato. Thanks.
caro Frank,
quello che chiedi avrebbe bisogno di un intero libro solo per descrivere tutte le possibili casistiche e va ben oltre al caso della "semplice" polarizzazione. Sai, il nostro blog cerca di parlare di tutto, ma non certo descrivere tutto. La fisica e la chimica sono ben più estese di quanto ci si possa immaginare. Quando lavoravo, pur in un campo ristretto come quello degli asteroidi, dovevo spendere un paio d'ore al giorno per cercare di leggere il più possibile su altre ricerche, che spesso andavano nei dettagli della composizione chimica o nel campo della pura meccanica celeste. Si devono fare sempre delle scelte e le cose si allargano sempre di più. Tuttavia, qualcosa sulla risposta degli elettroni alla luce che penetra dentro la materia lo puoi trovare nell'elettrodinamica quantistica di Feynman (http://www.infinitoteatrodelcosmo.it/2015/01/09/lelettrodinamica-quantistica-lottica-sotto-unottica-diversa/).
Ok, se ti sei mangiato pure le ciliegine pazienza.Ahahah
Ricordo quell'articolo però senza scomodare Feynman, che comunque vado a rileggere, dimmi solo se è corretto o meno questo modo semplificato di vedere il problema.
Per quanto riguarda la sola luce visibile, la trasparenza si può spiegare con la stabilità chimica-elettronica di alcuni composti, dove il raggio incidente non ha la forza di eccitare gli elettroni o almeno non possiede il quanto esatto per causare una riflessione o assorbimento e quindi la maggior parte dei fotoni vi passa attraverso. Thanks.
OK, va bene, va bene...
diciamo che dipende sia dalla lunghezza d'onda sia dal materiale. Ricorda che il cielo è trasparente ad alcuni colori e ad altri no. Tutto dipende dal fatto che la lunghezza d'onda sia più piccola o più grande della distanza tra gli atomi. Se la distanza tra gli atomi è inferiore a quella della lunghezza d’onda, l’onda elettromagnetica viene trasmessa in modo uniforme e il materiale risulta trasparente. Se invece la luce incontra ostacoli, ossia atomi disposti in vario modo, l'oggetto risulta opaco. Il vetro ha struttura cristallina e quindi lascia passare la luce, la sabbia, che sempre silice è, la blocca! Avevo scritto qualcosa sul blu del cielo... devo solo trovarlo...
Adesso ho un dentice che mi aspetta....
Aspetta non scappare Chef, a parte che non sapevo che l'astigiano pullulasse di astici e dentici, non esagerare che se mi metti su troppo peso quando arrivo e cerco di prenderti in braccio mi viene il colpo della strega ahahahah. è giusto come hai scritto cioè che la trasmissione avviene se la distanza tra gli atomi è inferiore alla lunghezza d'onda? Non il contrario? Per logica mi pare che se la distanza è maggiore l'onda passa senza "toccare". Riguardo al cielo ricordo l'articolo ma non lo trovo, speriamo in Santa Dani. Però in quel caso si tratta di diffusione della luce su un enorme spessore di aria trasparente, in confronto ad un pezzo di vetro o a mezzo metro di acqua. Senza contare che al tramonto per lo stesso motivo il cielo diventa rosso.
Trovato questo che va bene lo stesso...
http://www.infinitoteatrodelcosmo.it/2015/10/09/anche-su-plutone-il-cielo-e-sempre-piu-blu/
Sì, il dentice mi aveva fatto scrivere di fretta. Quello che si dice nell'articolo è giusto... uffa! non riesco a stare dietro a tutto... mi prenderò più tempo per rispondere! Ma poi, se le cose si sanno, perché mi si chiedono ???
Sì, d'ora in poi, mi metterò a scrivere solo quando sono in perfetto relax. D'altra parte ho anch'io dei limiti e delle esigenze...
Brontolone, ho solo chiesto una conferma e potevi anche solo dirmi si o no ma ormai avevi in mente l'astice.
Mi fai pure strascrivere....il dentice.
Caro Frank,
una trattazione molto semplice e ricca di eloquenti (e divertenti) illustrazioni sui giochetti tra fotoni ed elettroni che fanno cambiare il colore del cielo la trovi in questa serie di articoli scritta dal mio amico Paolino Papallicolo http://www.infinitoteatrodelcosmo.it/tag/i-papalli-nel-mondo-subatomico/
Ma non ti dico qual è l'articolo esatto che parla del cielo perché meritano di essere letti tutti! E poi ognuno di essi è propedeutico a quelli che lo seguono... buona lettura, quindi, e guarda di studiare bene perché domani ti interrogo!
Un po' di chiarezza mattutina... però ci tengo a dire che parlando di polarizzazione poco c'entrava con lo scattering della luce...
Punto essenziale: Gli effetti dell’interazione tra luce ed atmosfera dipendono dalla lunghezza d’onda della radiazione e dalle dimensioni degli oggetti su cui questa incide.
Le particelle di polvere e le goccioline d’acqua sono molto più grandi della lunghezza d’onda della luce visibile (dal violetto al rosso): in questo caso la luce viene riflessa in tutte le direzioni allo stesso modo, indipendentemente dalla propria lunghezza d’onda.
Le molecole di gas hanno dimensioni inferiori e la luce si comporta diversamente a seconda della sua lunghezza d’onda. La luce rossa ha una lunghezza d’onda maggiore e tende a “scavalcare” le particelle più piccole ; questa luce, dunque, interagisce molto debolmente con l’atmosfera e prosegue in modo quasi rettilineo. Al contrario, la luce blu ha una lunghezza d’onda inferiore e si scontra con le molecole e viene diffusa, ossia riflessa in tutte le direzioni. Ne consegue che la luce blu è diffusa più di quella rossa.
Vicino all’orizzonte il cielo è di un azzurro più chiaro perché la luce, per raggiungerci da questa direzione, deve attraversare più aria e viene diffusa maggiormente; pertanto siamo raggiunti da una minor quantità di luce blu. La luce rossa, invece, si diffonde di più a causa dello strato maggiore di atmosfera. Le nuvole e la nebbia ci appaiono bianche perché consistono di particelle più grandi delle lunghezze d’onda della radiazione visibile, e diffondono tutti i colori allo stesso modo.
In ogni modo, sono tutte semplificazioni, perché i processi sono ben più complicati e variegati...
La luce blu ha una lunghezza d’onda inferiore e si scontra con le molecole e viene diffusa, ossia riflessa in tutte le direzioni, scrivi tu. E risulta anche polarizzata, ti chiedo io, per favore, di confermarmi
confermo Alberto