Irradiamento
Che cos'è l'irradiamento?
La luce trasporta con sé energia. L'energia associata ad ogni singola particella di luce detta fotone è tanto maggiore quanto maggiore è la frequenza dell'onda.
L'intensità invece di un'onda è connessa al numero di fotoni emessi dalla sorgente.
Questo fenomeno è noto e molto semplice da sperimentare quando ad esempio stando a diretto contatto con la luce proveniente dal Sole percepiamo l'energia che trasporta o la possiamo constatare quando un oggetto può diventare rovente se esposto ai raggi solari.
Oppure potremmo prendere l'esempio di un fascio laser per applicazioni industriali capace di tagliare con precisione millimetrica anche l'acciaio.
Si definisce irradiamento E di una superficie investita da un fascio luminoso il rapporto tra la potenza della sorgente luminosa, potenza che poi viene trasmessa anche alla radiazione, e l'area della superficie stessa:
E = P / A
Esprimendo la potenza come rapporto tra energia ε dell'onda ed intervallo di tempo Δt otteniamo anche:
E = ε / (4 · π · r2 · Δt)
in cui r rappresenta la distanza tra la sorgente e la superficie.
L'unità di misura dell'irradiamento è il W/m2 e rappresenta la quantità di energia che investe in 1 secondo una superficie di 1 m2 quando questa si trova perpendicolare ai raggi della radiazione ricevuta.
Irradiamento e distanza
Dalla formula appena vista che ci consente di calcolare l'irradiamento, osserviamo che uno stesso flusso energetico di luce emesso da una sorgente si distribuisce su superfici più grandi man mano che la distanza con la sorgente aumenta.
In particolare, l'irradiamento risulta inversamente proporzionale al quadrato della distanza per cui ad una distanza 2r l'area intercettata dalla radiazione luminosa diverrà 4 volte rispetto alla superficie posta a distanza r dalla sorgente.
Irradiamento e luce laser
Una delle principali caratteristiche della luce laser è che essa rappresenta un fascio di luce collimato, ovvero i raggi luminosi risultano paralleli anche su lunghi percorsi.
La differenza con una sorgente di luce tradizionale ad esempio quella di una lampadina, è che in questo caso la luce è emessa in tutte le direzioni e l'irradianza decresce molto rapidamente in quanto l'energia si distribuisce su superfici sempre più ampie.
Un fascio laser della stessa potenza di una lampadina, invece emettendo raggi collimati, consente di raggiungere altissimi valori di irradiamento. Dunque la luce emessa da un torcia illumina molto bene grandi superfici vicine alla sorgente stessa ma si disperde molto rapidamente, mentre la luce di un laser può percorrere una distanza molto maggiore senza dispersione.
Ad esempio sulla Luna sono posizionati specchi che riflettendo la luce laser appositamente inviata da Terra consentono misurazioni molto precise. Per cui la luce laser può anche percorrere alcune migliaia di chilometri mentre risulterebbe impossibile con un fascio luminoso tradizionale.
Differenze tra la luce bianca e laser.
Esercizio #1
Uno spot circolare di luce laser altamente collimato e a divergenza nulla presenta un raggio di 1 mm.
Sapendo che la potenza del laser è di 157 mW, calcolare l'intensità dell'irradiamento una volta che il laser colpisce una superficie.
Lo svolgimento dell'esercizio lo trovi qui: esercizio sul calcolo della intensità dell'irradiamento.
Esercizio #2
Vedi: energia solare che può essere assorbita dal corpo umano.
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