Colori della luce

 

Fin da bambini sappiamo che il colore della luce solare è bianca. Andiamo adesso ad analizzare l'argomento più nel dettaglio l'argomento. Lo spettro base da cui è formata tutta la luce che ogni essere umano è in grado di vedere, è costituito dai colori dell'arcobaleno.

 

 

La definizione dei colori della luce si basa sulla comprensione fondamentale della natura dell'elettromagnetismo e delle percezioni visive umane.

 

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La luce è una forma di radiazione elettromagnetica che si propaga attraverso lo spazio sotto forma di onde o particelle chiamate fotoni. Questa radiazione può essere classificata in base alla sua lunghezza d'onda, che determina il colore che percepiamo.

Lo spettro elettromagnetico è la gamma completa delle lunghezze d'onda delle onde elettromagnetiche, che vanno dalle onde radio a quelle gamma. All'interno di questo spettro, una piccola porzione è visibile all'occhio umano e viene comunemente chiamata "spettro visibile". Questo spettro è composto da una serie di colori che vanno dal rosso al viola, e include il rosso, l'arancione, il giallo, il verde, il blu e il viola.

La percezione dei colori avviene attraverso i recettori presenti nella retina dell'occhio umano, chiamati coni, che sono sensibili a diverse lunghezze d'onda della luce. Ogni colore che percepiamo è associato a una specifica lunghezza d'onda: il rosso ha la lunghezza d'onda più lunga, mentre il viola ha la lunghezza d'onda più corta all'interno dello spettro visibile.

La combinazione di diverse lunghezze d'onda e intensità luminosa dà luogo alla vasta gamma di colori che percepiamo nel mondo circostante. Ad esempio, quando la luce del sole attraversa una goccia d'acqua durante un arcobaleno, le diverse lunghezze d'onda vengono separate e rifratte, creando così la spettacolare varietà di colori che vediamo nell'arcobaleno.

Inoltre, è importante notare che i colori possono essere prodotti anche attraverso processi non luminosi, come nella stampa a colori o nei monitor dei computer, dove si utilizzano diverse combinazioni di pigmenti o di pixel per creare una vasta gamma di colori visibili.

La definizione dei colori della luce si basa sulla nostra comprensione della natura dell'elettromagnetismo, delle lunghezze d'onda e della percezione visiva umana, offrendo così una visione chiara e dettagliata del meraviglioso mondo dei colori che ci circonda.

 

 

Grafico dello spettro elettromagnetico

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Sebbene i vari colori si mescolano senza irregolarità, solitamente li suddividiamo in rosso, giallo, arancione, verde, indaco, blu e violetto. Nella foto vediamo il grafico che definisce la radiazione in base alla lunghezza d'onda.

 

 

Lo spettro elettromagnetico rappresenta l'intero range delle onde elettromagnetiche, che variano in lunghezza d'onda e frequenza. Questo spettro comprende diverse forme di radiazione, come onde radio, microonde, raggi infrarossi, luce visibile, raggi ultravioletti, raggi X e raggi gamma.

Le lunghezze d'onda sono la distanza tra i picchi successivi delle onde elettromagnetiche. Si misurano comunemente in metri, ma per la luce visibile, spesso si utilizza il nanometro (nm). Le lunghezze d'onda più lunghe corrispondono a onde con bassa frequenza e bassa energia, mentre le lunghezze d'onda più corte corrispondono a onde con alta frequenza e alta energia.

Nello spettro visibile, le lunghezze d'onda vanno approssimativamente da 400 nm (viola/indaco) a 700 nm (rosso). Ogni colore all'interno dello spettro visibile ha una lunghezza d'onda specifica. Ad esempio, il rosso ha lunghezze d'onda più lunghe, mentre il viola ha lunghezze d'onda più corte.

Oltre alla luce visibile, altre regioni dello spettro elettromagnetico hanno applicazioni diverse. Le onde radio vengono utilizzate per comunicazioni wireless e trasmissioni radiofoniche, mentre le microonde sono impiegate nei forni a microonde e nelle comunicazioni satellitari. I raggi X vengono utilizzati in medicina per eseguire radiografie, mentre i raggi gamma hanno applicazioni in campo medico e industriale.

La comprensione delle lunghezze d'onda e dello spettro elettromagnetico è fondamentale in numerosi campi scientifici e tecnologici, dalle telecomunicazioni alla medicina, contribuendo alla nostra comprensione dell'universo e alla creazione di nuove tecnologie e applicazioni.

 

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Per differenti lunghezze d'onda abbiamo i raggi Gamma, la radiazione di Roentgen, la radiazione Ultravioletta, la luce visibile, la radiazione Infrarossa, le Microonde, FM, TV, onde corte e onde lunghe con lunghezza d'onda maggiore di 10.000λ.

 

 

Scomposizione della luce con un prisma

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Il grande scienziato, Isaac Newton, ha mostrato che non solo un prisma triangolare è in grado di separare un raggio di luce solare nei vari colori che compongono l'arcobaleno, ma anche due prisma insieme possono riunire tutti i colori, formando nuovamente la luce bianca.

Quindi la luce bianca risulta essere la combinazione di ogni colore dell'arcobaleno, e il prisma è in grado di separare i suoi colori. Questo accade perché l'angolo in cui è indirizzato un raggio di luce, nel momento in cui entra nel vetro, si differenzia da un colore all'altro, ergo la luce si scompone.

Al tempo di Newton, se un astronomo regolava il fuoco del proprio telescopio per riuscire ad avere un'immagine gialla nitida di una stella, questa era circondata da un alone rosso e verde.

Il fisico pensava che il problema non potesse essere risolto, e per questo motivo progettò un altro tipo di telescopio, che si basava su specchi concavi, che riflettevano ogni colore allo stesso modo.

Successivamente sono state  progettate delle ottiche che focalizzano i colori tutti insieme, con la combinazione di diverse lenti realizzate con vari tipi di vetro, come quelli che si trovano nelle macchine fotografiche dei giorni nostri. Tuttavia, anche i moderni telescopi seguono l'idea del grande fisico e scienziato inglese.

 

 

Colore spettrale e colore percepito

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Anche se per l'arcobaleno c'era una spiegazione, quello dei colori era ancora un grande problema per gli scienziati. Il mistero fu risolto da James Clerk Maxwell nel 1860, che fornì le equazioni fondamentali dell'elettricità, che rappresentano le onde elettromagnetiche.

Durante i suoi studi, Maxwell evidenziò due tipi di colori: colore spettrale, ovvero uno dei colori appartenenti all'arcobaleno o una loro combinazione. La quantità con cui ognuno di questi colori contribuisce a un raggio di luce viene determinata con la suddivisione del raggio per mezzo del primo. L'altro è il colore percepito, ovvero quello che l'occhio trasmette al cervello.

È stato rivelato che, l'occhio umano può essere ingannato, combinazioni differenti di colori nell'arcobaleno possono sembrare uguali all'occhio umano. L'occhio umano, infatti, presenta tre tipi di cellule fotosensibili, e ognuno di noi è sensibile a una diversa banda di colori. Tutti i colori che vediamo, sono un'impressione che il cervello umano registra nel momento in cui combina i segnali provenienti dalle tre bande di colori.

 

 

Teoria del colore: Additiva e sottrattiva

La teoria del colore comprende due principali modelli: il modello additivo e il modello sottrattivo, che spiegano come i colori vengono combinati e percepiuti.

  1. Modello Additivo: Questo modello si applica principalmente alla luce, come quella emessa dai display dei computer o dai proiettori. Si basa sull'aggiunta di colori primari (rosso, verde e blu) per creare una vasta gamma di colori. Quando vengono sovrapposti, i tre colori primari additivi producono il bianco. Questo modello è utilizzato ad esempio nei display RGB (Red, Green, Blue) dei monitor e delle televisioni, dove la luce viene emessa e combinata per creare i vari colori.

  2. Modello Sottrattivo: Questo modello si applica principalmente alla pigmentazione e alla stampa. Coinvolge i colori primari sottrattivi: ciano, magenta e giallo. Quando i colori vengono mescolati insieme, assorbono o sottraggono alcune lunghezze d'onda della luce, creando così colori diversi. Quando tutti e tre i colori primari sottrattivi sono sovrapposti in eguali quantità, assorbono tutte le lunghezze d'onda e risultano in nero. Questo modello è utilizzato in stampa a colori, dove gli inchiostri ciano, magenta e giallo vengono sovrapposti per creare una vasta gamma di colori.

 

Mentre il modello additivo coinvolge la combinazione di luci colorate per creare colori più luminosi, il modello sottrattivo coinvolge la sovrapposizione di pigmenti o inchiostri colorati per assorbire la luce e creare colori più scuri. Entrambi i modelli sono fondamentali per comprendere come i colori sono creati e combinati nei vari contesti, dalla tecnologia dei display alla produzione di immagini stampate.

 

 

Luce del sole e applicazione nel settore energetico

La luce del sole è una fonte di energia naturale fondamentale per la vita sulla Terra e ha molteplici applicazioni nel settore energetico. Ecco alcuni modi in cui viene utilizzata:

  1. Energia Solare Fotovoltaica: I pannelli solari fotovoltaici (vedi le migliori offerte fotovoltaico) convertono direttamente la luce solare in energia elettrica utilizzando celle fotovoltaiche. Questa tecnologia è ampiamente utilizzata per la produzione di energia elettrica sia su piccola scala, come sistemi di generazione distribuita su tetti domestici, sia su larga scala, come centrali solari fotovoltaiche.

  2. Energia Solare Termica: Questa tecnologia sfrutta il calore del sole per riscaldare fluidi, come acqua o aria, utilizzati per scopi domestici, industriali o commerciali. I pannelli solari termici sono comunemente utilizzati per riscaldare acqua sanitaria negli edifici o per alimentare sistemi di riscaldamento.

  3. Concentrazione Solare: Questa tecnologia utilizza specchi o lenti per concentrare la luce solare in un punto focalizzato, generando temperature elevate che possono essere utilizzate per la produzione di elettricità attraverso turbine a vapore o per la produzione di calore per processi industriali.

  4. Illuminazione Solare: L'illuminazione solare sfrutta la luce del sole per l'illuminazione di ambienti interni ed esterni. Questo può includere l'illuminazione stradale, l'illuminazione degli edifici, l'illuminazione di spazi pubblici e l'illuminazione di aree remote non collegate alla rete elettrica.

  5. Dispositivi Solari Portatili: Ci sono dispositivi portatili che sfruttano la luce solare per ricaricare batterie, alimentare dispositivi elettronici come telefoni cellulari, laptop e lampade portatili, offrendo una fonte di energia sostenibile e conveniente in ambienti all'aperto o in assenza di energia elettrica.

L'energia solare è considerata una fonte di energia pulita e rinnovabile in quanto non produce emissioni nocive durante l'uso e non contribuisce al riscaldamento globale. Il suo utilizzo è in costante crescita in tutto il mondo, contribuendo alla transizione verso sistemi energetici più sostenibili e a basse emissioni di carbonio.

 

 

 

Luce LED, il futuro

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Il LED è un elemento elettrico che, al passaggio anche della più minima corrente, è in grado di emettere una luce senza raggi infrarossi e ultravioletti, accendendosi con immediata velocità. Da diversi anni, la tecnologia LED è considerata l'evoluzione della luce allo stato solido, in cui la luce si ottiene tramite semiconduttori.

Dal punto di vista energetico, quindi, la luce LED risulta essere più efficiente, in quanto vanta di una durata maggiore (esempi di lampade led risparmio energetico). Per di più, permette di avere sempre nuove e creative soluzioni di utilizzo che vanno a integrare la luce nelle case, nei negozi e nelle città.

In futuro i LED andranno sempre più a sostituire le classiche lampade a incandescenza e quelle a fluorescenza fino a renderle obsolete.