campi continui

Esempi di interazioni radiazione-materia

Per illustrare quanto detto sopra diamo ora, senza alcun approfondimento, qualche esempio di processi importanti di interazione radiazione materia tipo reazione chimica. Proviamo a descriverli utilizzando l’idea di fotone come “atomo di luce”, cosa che rafforza ulteriormente l’analogia di comportamento tra materia e radiazione.
Alcuni processi importanti d'interazione tra la radiazione e la materia vanno in generale sotto il nome di fotosintesi. Principalmente in questi processi si ha la formazione di carboidrati dalla sintesi di biossido di carbonio e di acqua, prodotta dall'assorbimento di fotoni, mediato da un composto chiamato clorofilla. In simboli indicando con γ un fotone si ha

6CO2 + 6H2O -->    C6H12O6  +  6O2.

Un altro processo importante è la dissociazione dell'ossigeno atmosferico dovuto all'assorbimento di radiazioni ultraviolette di lunghezza d'onda tra i 10001 e 24001  (che, come si capirà facilmente in seguito, è corrispondente a fotoni di energia compresa tra i 5,2eV e i 7,8eV):

O2 + γ -->  O + O

L'ossigeno atomico si combina poi con l'ossigeno  molecolare e forma l'ozono O3  il quale a sua volta si dissocia  interagendo con gli ultravioletti di lunghezza d'onda compresa tra i 24001 e i 3600 1 (corrispondenti a fotoni di energia  tra i 3,4 eV e  i 5,2 eV),

O3 + γ --> O + O2.
Queste due reazioni assorbono praticamente tutte le radiazioni ultraviolette tra i 160 µm e i 360 µm che provengono dal sole, impedendo che raggiungano la Terra se non in piccole quantità.

Cerchiamo ora di dare qualche supporto sperimentale alla precedente idea. Proviamo, quindi, a considerare due casi emblematici, quello dell’effetto fotoelettrico e dell’effetto Compton, e vediamo come le leggi fenomenologiche  che li descrivono possano essere facilmente interportate in termini di interazioni quantizzate. Storicamente si è arrivati all’idea di quantizzazione del campo elettromagnetico dal problema dello spettro del corpo nero. Dal punto di vista didattico, però, moltissimi studi evidenziano come questo non sia certamente il modo più semplice né più convincente di affrontare il problema.

.