Spettri di emissione

I nostri occhi percepiscono la luce come sintesi delle radiazioni di diversa lunghezza d’onda in essa presenti. Per analizzare la luce composta si utilizzano apparecchi (di cui il prisma è un rudimentale esempio) che ce ne diano la composizione spettrale, cioè in quali lunghezze d’onda si compone, con quale energia, in che percentuale.

Ne risultano gli spettri di emissione caratteristici delle varie luci e le sorgenti luminose che le producono.

Le radiazioni emesse dalla fiamma di una candela, dal sole o da corpi portati all’incandescenza (es. il filamento di tungsteno delle lampadine) formano spettri di emissione continui e ogni sorgente luminosa ha, un suo spettro caratteristico.

Negli spettri di emissione continui sono presenti tutte le lunghezze d’onda visibili e lunghezze d’onda che l’occhio non percepisce (infrarossi e ultravioletti).

Per esempio, scaldando il filamento di una lampada elettrica fino all’incandescenza, all’inizio lo spettro si trova praticamente tutto nell’infrarosso (quindi non visibile); poi, aumentando la temperatura, si sposta nel visibile verso la zona del rosso, quindi si allarga raggiungendo successivamente l’arancio, il giallo, il verde, l’azzurro e l’indaco, diventando completo verso i 1600 K (gradi Kelvin)*

(*) La scala Kelvin, utilizzata in fisica teorica, parte dallo zero a circa -273° C.

Tutti gli spettri di emissione, prodotti a temperature tali da rendere incandescenti i corpi soldi (platino, tungsteno) o liquidi (argento fuso, ferro fuso) sono continui e ogni sorgente ha uno spettro che, in determinate condizioni le è caratteristico.

Ciascun elemento, eccitato in uno stesso modo, riproduce costantemente il suo aspetto caratteristico. Questo fatto ne consente il riconoscimento, se sono note le condizioni di emissione.

Grazie all’analisi spettrometrica, la luce che ci arriva dalle stelle ci permette di identificare da quali elementi sono composti i corpi celesti.

Spettri di emissione discontinui sono invece tipici delle sostanze gassose quando vengono eccitate ad emettere radiazioni (ad esempio attraverso scariche elettriche). Questi spettri sono formati da varie righe, o bande, di varia intensità e separate da zone oscure che non sono presentano emissione di radiazioni.

Ciascun elemento, eccitato nello stesso modo, riproduce sempre o stesso spettro nel quale non c’è alcuna coincidenza con righe spettrali di un altro elemento. Questo fatto ne consente il riconoscimento quando sono note le condizioni di emissione.

In Propagazione della luce abbiamo detto che quando i corpi ricevono radiazioni luminose, le assorbono, le riflettono, le trasmettono in modo che sia sempre verificata la seguente equazione a+r+t=1.

Quando un raggio un raggio di luce colpisce un oggetto, le radiazioni di certe lunghezze d’onda vengono assorbite (o anche trasmesse), altre riflesse; noi percepiamo come colore la  miscela delle radiazioni riflesse e riemesse in modo diffuso.

Un oggetto è rosso quando, colpito dalla luce solare, assorbe alcune frequenze e ne rimanda altre che, sommate nell’occhio, danno all’osservatore la sensazione del rosso.

La composizione spettrale della luce riemessa per diffusione da una superficie si dice anche essere il suo spettro di riemissione.

Le radiazioni assorbite dai corpi opachi danno luogo allo spettro di assorbimento.

Spettro di riemissione  e spettro di assorbimento contengono l’uno le radiazioni assenti nell’altro; essi si completano (a+r=1), sono complementari. (***)

(***) Lo spetto di riemissione assoluta è quello costituito dalle radiazioni riflesse da una superficie posta sotto luce incolore convenzionale .La somma degli spettri di assorbimento e di riemmissione dà lo spettro di riemissione assoluto del bianco ideale.

Il mescolarsi di radiazioni di diverse lunghezze d’onda ci offre una sensazione cromatica che le sintetizza e nella quale non si riconoscono le più le singole componenti: tale sintesi è detta additiva, in quanto nasce dal sommarsi di diverse radiazioni, come avviene nella luce incolore (bianca) in cui sono presenti in modo equilibrato le diverse frequenze dello spettro visibile.

• Onde lunghe e medie di luce nella sintesi additiva danno la percezione del giallo
• Onde lunghe e corte di luce danno la percezione del porpora
• Onde medie e corte di luce danno la percezione del blu-verde

Miscele di componenti equilibrati danno sensazioni acromatiche

Dato che non siamo in grado di distinguere le componenti delle luci, ne percepiamo le sintesi.. Non è rilevante se i colori delle luci siano generati da filtri, dalla natura della sorgente luminosa o dai riflessi e riemissioni di una superficie colorata.

Quando la miscela di due radiazioni dà luce bianca (o incolore), i colori ad esse corrispondenti si chiamano complementari. Trattandosi di sintesi additiva: colori additivi complementari.

Colori accostati possono essere percepiti come uno solo se fusi per effetto della distanza o della rapidità con cui si sussegono nell’impressionare la retina.

Ad esempio, la rotazione veloce di un disco contenente tutti I colori spettrali, genera la sensazione di un grigio chiaro, mentre la composizione delle luci spettrali dà per sintesi additive luce incolore, (bianco se lo si proietta su uno schermo che ne rflette tutte le componenti).