Frequenza
Definizione di frequenza
In un fenomeno periodico, la frequenza (indicata con la lettera v o con la lettera f) corrisponde al numero di eventi che si ripetono nell'unità di tempo; la frequenza è quindi l'inverso del periodo T che misura la durata di un evento.
Se T viene misurato in secondi, v risulta misurato in s-1 o hertz (simbolo Hz).
Se ad esempio un certo evento si ripete periodicamente ogni 0,5 secondi, sappiamo che il periodo T dell'evento è 0,5 s. Se vogliamo conoscere la frequenza con cui si ripete l'evento, dobbiamo applicare la formula precedente:
v = 1/ T = 1/0,5 = 2 Hz
Ciò significa che ogni secondo l'evento viene ripetuto due eventi. Se l'evento fosse la caduta di una goccia d'acqua da un rubinetto guasto, sapremmo che ogni secondo cadono due gocce d'acqua.
Un modo alternativo per misurare la frequenza consiste nel determinare il numero di eventi che si ripetono in un determinato intervallo di tempo e nel dividere il risultato di questo conteggio per il valore dell'intervallo di tempo.
Così, ad esempio, se nel rubinetto del caso precedente, contiamo dieci gocce in cinque secondi, in base a quanto appena detto risulta che la frequenza v dell'evento è pari a:
v = n° di eventi / tempo trascorso = 10 / 5 = 2 Hz
La frequenza nelle onde elettromagnetiche
Le onde elettromagnetiche sono perturbazioni prodotte dall'accelerazione di cariche elettriche, cui è concatenato un sistema di campi elettrici e magnetici variabili, che si sposta nello spazio con andamento generalmente periodico e velocità definita, a partire dal punto in cui si è prodotta l'accelerazione. Alle onde elettromagnetiche è sempre associata energia raggiante.
Nel caso di un elettrone che si muove di moto armonico, viene generata un'onda elettromagnetica di tipo sinusoidale, come quella riportata nell'immagine seguente:
Nella propagazione dell'onda elettromagnetica il campo elettrico e il campo magnetico sono entrambi sinusoidali e tra loro perpendicolari.
Siccome l'interazione con la materia riguarda la componente del campo elettrico E, un'onda elettromagnetica viene descritta unicamente come l'oscillazione sinusoidale del campo elettrico.
Nelle onde elettromagnetiche, la frequenza v corrisponde al numero di cicli d'onda (successione di massimi e minimi) che passano per un dato punto nell'unità di tempo o più semplicemente il numero di oscillazioni al secondo; la sua unità di misura è l'hertz (Hz) che corrisponde a 1 ciclo al secondo.
Onda elettromagnetica.
La frequenza v è legata alla velocità della luce c nel vuoto dalla seguente relazione matematica:
in cui λ rappresenta la lunghezza d'onda (misurata in metri) e c la velocità della luce nel vuoto che vale 3·108 m/s.
Ricordiamo anche che, se un'onda passa dal vuoto ad un mezzo con indice di rifrazione n, la sua frequenza rimane costante ma variano sia la lunghezza d'onda che la sua velocità.
Le onde elettromagnetiche sono state classificate in base ai valori di lunghezza d'onda o, in modo identico, in base alla frequenza:
In linea di massima si ha che:
1) le frequenze comprese tra 1·104 Hz e 1·109 Hz appartengono alle onde radio.
2) le frequenze comprese tra 1·109 Hz e 1·1012 Hz appartengono alle microonde.
3) le frequenze comprese tra 1·1012 Hz e 4·1014 Hz appartengono ai raggi IR.
4) le frequenze comprese tra 4·1014 Hz e 8·1014 Hz appartengono al campo del visibile.
5) le frequenze comprese tra 8·1014 Hz e 1·1016 Hz appartengono ai raggi UV.
6) le frequenze comprese tra 1·1016 Hz e 1·1019 Hz appartengono ai raggi X.
7) le frequenze comprese tra 1·1019 Hz e 1·1024 Hz appartengono ai raggi γ.
Esercizio
Determinare la frequenza v di un'onda elettromagnetica avente lunghezza d'onda λ = 700 nm (1 nm = 1 nanometro = 10-9 m = un milionesimo di millimetro).
Svolgimento dell'esercizio
Lunghezza d'onda e frequenza sono inversamente proporzionali secondo la relazione:
Ricordando che:
λ = 700 nm = 700 · 10-9 m = 7 · 10-7 m
si ha che:
v = (3 · 108 m/s) / (7 · 10-7 m) = 4,28 · 1014 Hz
Pertanto la frequenza dell'onda elettromagnetica è pari a 4,28 · 1014 Hz.
Prova tu
Un'onda elettromagnetica ha una lunghezza d'onda pari a 400 nm.
Si determini la sua frequenza.
La soluzione dell'esercizio la trovi qui: formula della frequenza.
Esercizi sulle onde elettromagnetiche
Se ti interessano li trovi qui: esercizi sulle onde elettromagnetiche.
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