Domanda&Risposta

Stampa

Luce e mezzi trasparenti

Perché la luce passa attraverso mezzi trasparenti, mentre non passa attraverso mezzi opachi?


Luigi Guardascione, studente (liceo scientifico)

 

Risposta: I fenomeni luminosi sono fenomeni elettromagnetici, ossia sono generati e si sviluppano secondo forze di tipo elettrico e magnetico, le stesse di cui si avverte l’esistenza quando ci si sfila una stretta maglia di lana e si “elettrizzano” i capelli o quando un oggetto di ferro è attirato da una calamita. Questo è il senso generale di quanto comunemente si esprime dicendo che la luce è un’onda elettromagnetica. Tuttavia, se è vero che la luce visibile con gli occhi è un’onda elettromagnetica, è altrettanto vero che non tutte le onde elettromagnetiche (generate in maniera analoga alla luce, con fenomeni elettrici e magnetici) sono “visibili”, ossia sono luce di cui è possibile accorgersene con gli occhi. Un esempio di queste onde elettromagnetiche “invisibili” sono le onde radio emesse dai ripetitori televisivi e radiofonici, oppure quelle emesse da telefoni cellulari, oppure le microonde con cui funzionano alcuni tipi di forni, ecc.

onde elettromagneticheIn questi casi, ci si accorge dell’esistenza di tali onde “invisibili” quando si parla al telefono cellulare con il proprio amico a chilometri di distanza, oppure quando si riscalda una vivanda in un forno a microonde: fenomeni della stessa natura elettromagnetica sono osservati con strumenti diversi. Ora, la domanda sopra riguarda l’interazione tra la luce, ovvero, più in generale, tra la radiazione elettromagnetica, e i mezzi materiali. Questa interazione, da cui deriva la trasparenza o la opacità di un dato mezzo, dipende sia da come è fatto il mezzo che da quale tipo di onda elettromagnetica utilizziamo per “illuminarlo”. Ad esempio, è noto a tutti che l’acqua è trasparente alla luce visibile; ma se i nostri occhi fossero sensibili non alla luce visibile ma alle microonde, per esempio, essi la vedrebbero completamente nera. L’acqua, infatti, non è affatto trasparente alle microonde: un forno a microonde cuoce le vivande proprio perché le microonde vengono assorbite dall’acqua contenuta in esse e la riscaldano, analogamente a un raggio di luce solare che viene assorbito da un oggetto nero e questo si riscalda. Un altro esempio comunemente sotto i nostri occhi è quello della pelle del corpo umano, che è opaca alla luce visibile, ma trasparente, per esempio, ai raggi X, un’altra forma di radiazione elettromagnetica. Se ne deduce, quindi, che le proprietà di trasparenza o meno di un mezzo dipendono dal tipo di onda elettromagnetica con cui è illuminato.

Cosa seleziona la diversa “risposta” di un dato materiale a diversi tipi di onde elettromagnetiche?

Risposta: la struttura del materiale, e in particolare la struttura atomica e molecolare, poiché le onde elettromagnetiche interagiscono, a livello microscopico, con gli atomi e le molecole (o, nel caso di raggi gamma, con i nuclei degli atomi) di cui è costituito il materiale. Consideriamo, per esempio, l’interazione tra un’onda elettromagnetica e le molecole di un dato materiale (una discussione analoga vale per gli atomi o per i nuclei atomici). Tale interazione avviene perché le molecole sono anch’esse sensibili a forze di tipo elettrico e magnetico; in particolare, per quello che interessa qui, esse si comportano come dei piccoli aghi magnetici in una bussola, anche se, in generale, l’interazione è di tipo elettrico e non magnetico, per cui correttamente si parla di dipoli elettrici.

Al passaggio dell’onda elettromagnetica, possono aversi – semplificando eccessivamente – due situazioni diverse: o i dipoli elettrici delle diverse molecole si orientano in una stessa direzione (come quando in una serie di bussole i rispettivi aghi si orientano tutti in una direzione, quando agisce su di essi la forza magnetica di una calamita) , oppure continuano ad essere orientati casualmente come prima del passaggio dell’onda (nell’analogia, o la calamita è troppo debole, o vi sono più calamite in “concorrenza” tra di loro). Nel primo caso, l’energia dell’onda viene assorbita dal mezzo, che quindi si riscalda: il mezzo è opaco. Nel secondo caso, invece, l’onda non deposita una quantità apprezzabile di energia nel mezzo, e riesce a propagarsi in esso: il mezzo è trasparente.

S. Esposito, fisico