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Radiazioni ultraviolette

1801

Johann Wilhelm Ritter

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Nel 1801, Johann Wilhelm Ritter osservò che i raggi invisibili al di là dell'estremità violetta dello spettro solare scurivano la carta imbevuta di cloruro d'argento più rapidamente della luce violetta stessa. Ciò dimostrò l'esistenza di una forma di luce al di là dello spettro visibile, che egli definì "raggi ossidanti" in contrapposizione ai "raggi termici" (infrarossi) scoperti l'anno precedente.

L'esperimento di Johann Wilhelm Ritter fu una diretta continuazione della scoperta della radiazione infrarossa da parte di William Herschel nel 1800. Herschel aveva utilizzato un prisma per scomporre la luce solare e posizionato dei termometri oltre l'estremità rossa dello spettro, notando un aumento di temperatura. Ritter, incuriosito da ciò, decise di testare l'altra estremità dello spettro. Sapeva che il cloruro d'argento si decomponeva in presenza di luce e che questo effetto era più pronunciato nella luce violetta. Espose delle strisce di carta imbevute di cloruro d'argento allo spettro solare prodotto da un prisma. Come previsto, la carta si scuriva nello spettro visibile, con l'effetto che aumentava dal rosso al violetto. Fondamentalmente, posizionò una striscia appena oltre l'estremità violetta, in una regione in cui non era presente luce visibile, e scoprì che questa striscia si scuriva ancora più rapidamente di quella nella luce violetta. Ciò confermò l'esistenza di radiazioni con attività chimica più forte della luce visibile, situate oltre il violetto. Il suo nome iniziale, "raggi ossidanti", ha messo in evidenza le sue proprietà chimiche, termine che è stato poi sostituito da "raggi chimici" e infine da "raggi ultravioletti". Questa scoperta ha ampliato in modo fondamentale lo spettro elettromagnetico conosciuto, dimostrando che la vista umana percepisce solo una piccola frazione di esso.

Riciclo chimico, Chimica, Elettromagnetismo, Ottica, Fotonica, Fisica, Spettroscopia

UNESCO Nomenclature: 2210

- Ottica

Tipo

Scoperta medica

Interruzione

Fondamento

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

Il lavoro di Isaac Newton sullo spettro visibile utilizzando i prismi
La scoperta della radiazione infrarossa da parte di William Herschel (1800)
Osservazioni di Carl Wilhelm Scheele sull'annerimento dei sali d'argento per effetto della luce

Applicazioni

spettroscopia
fotografia UV
diagnostica per immagini
tecniche di sterilizzazione
osservazione astronomica

Brevetti:

Idee e potenziali innovazioni

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Argomenti correlati: scoperta dei raggi ultravioletti, Johann Ritter, cloruro d'argento, spettro elettromagnetico, spettroscopia, raggi attinici, raggi chimici, ottica, storia della fisica, luce.

Contesto storico

Laboratorio di Alessandro Volta che dimostra la forza elettromotrice con i primi apparecchi elettrici.

Definizione di forza elettromotrice (CEM)

La forza elettromotrice ([latex]\mathcal{E}[/latex]) è il lavoro svolto per unità di carica elettrica da una sorgente non elettrica, come una batteria o un generatore. Nonostante il nome, non si tratta di una forza meccanica ma di un potenziale elettrico, misurato in volt. Rappresenta l'energia convertita da un'altra forma (chimica, meccanica) in energia elettrica quando una carica attraversa la sorgente.

Pila Voltaica che dimostra la reazione elettrochimica con elettrodi di zinco e rame.

Reazione elettrochimica nella pila di Volta

La corrente elettrica in una pila Voltaica è prodotta da una reazione redox. All'anodo di zinco, lo zinco metallico viene ossidato, liberando due elettroni per atomo ([latex]Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2e^{-}[/latex]). Questi elettroni viaggiano attraverso il circuito esterno fino al catodo di rame. Qui, gli ioni di idrogeno provenienti dall'elettrolita acquoso vengono ridotti, formando idrogeno gassoso ([latex]2H^{+} + 2e^{-} \rightarrow H_2[/latex]).

Umidità assoluta

L'umidità assoluta ([latex]d_v[/latex]) è la massa totale di vapore acqueo ([latex]m_{H_2O}[/latex]) presente in un determinato volume d'aria ([latex]V_{air}[/latex]). Si esprime in grammi di vapore acqueo per metro cubo d'aria ([latex]g/m^3[/latex]). La formula è [latex]d_v = \frac{m_{H_2O}}{V_{air}}[/latex]. A differenza dell'umidità relativa, non dipende dalla temperatura dell'aria, ma è influenzata dalle variazioni di pressione o volume dell'aria.

Radiazioni ultraviolette

Apparecchio in vetro che dimostra la legge di Charles in un ambiente di laboratorio d'epoca.

Legge di Charles (legge Vol-Temp)

Conosciuta anche come legge del volume-temperatura o legge dei volumi, la legge di Charles afferma che per una massa fissa di un gas ideale a pressione costante, il volume che occupa è direttamente proporzionale alla sua temperatura assoluta. Si esprime come [latex]V \propto T[/latex] o [latex]\frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2}[/latex]. Spiega la tendenza dei gas a espandersi quando vengono riscaldati in condizioni isobariche (pressione costante).

Laboratorio del XIX secolo con scienziati che studiavano la struttura atomica e le reazioni chimiche.

Teoria atomica moderna

La teoria atomica postula che tutta la materia sia composta da unità discrete chiamate atomi. Un elemento è costituito da atomi con un numero specifico di protoni nel nucleo. Sebbene un tempo fossero considerati indivisibili, ora si sa che gli atomi sono composti da particelle subatomiche: protoni, neutroni ed elettroni. Le reazioni chimiche comportano la riorganizzazione di questi atomi, che si conservano durante il processo.

Legge di Avogadro

La legge di Avogadro afferma che volumi uguali di tutti i gas, alla stessa temperatura e pressione, contengono lo stesso numero di molecole. Questo stabilisce una proporzionalità diretta tra il volume di un gas e la quantità di sostanza (numero di moli). La relazione matematica è espressa come [latex]V \propto n[/latex] o, più comunemente, come [latex]V/n = k[/latex], dove k è una costante.

1800

1801

1802

1808

1811

1800

1802

1810

1816

Corrosione galvanica

La corrosione galvanica è un processo elettrochimico in cui un metallo si corrode preferenzialmente quando è in contatto elettrico con un altro in presenza di un elettrolita. Ciò avviene perché i metalli dissimili creano una coppia bimetallica, con il metallo meno nobile (più attivo) che funge da anodo e si corrode, mentre il metallo più nobile funge da catodo.

Pila di Voltaico che dimostra i primi risultati della conversione elettrochimica dell'energia.

Principio della pila di Volta

La prima batteria elettrica, produceva corrente continua impilando coppie di dischi metallici dissimili (ad esempio, zinco e rame) separati da un panno imbevuto di salamoia. Ogni coppia forma una cella galvanica e impilandoli in serie si aumenta la tensione complessiva. Questa disposizione dimostrò la prima conversione continua di energia chimica in energia elettrica, aprendo la strada all'elettrochimica moderna.

Pila Voltaica che dimostra la forza elettromotrice in collegamento in serie con celle di zinco e rame.

Forza elettromotrice e collegamento in serie

La pila di Voltaic ha stabilito il principio della somma delle tensioni collegando in serie le celle elettrochimiche. Ogni coppia zinco-rame, o cella, genera una forza elettromotrice (EMF) caratteristica di circa 0,76 volt. Impilando fisicamente queste celle, Volta dimostrò che la tensione totale attraverso la pila è la somma dei singoli campi elettromagnetici di ciascuna cella, come descritto da [latex]V_{totale} = n \times V_{cell}[/latex].

Configurazione di comunicazione radio che illustra le zone di Fresnel per l'analisi della propagazione delle onde.

Zona di Fresnel

Una zona di Fresnel è una di una serie di regioni ellissoidali confocali prolate nello spazio tra un trasmettitore e un ricevitore. Il confine della zona primaria è l'ellissoide in cui la lunghezza del percorso dal trasmettitore a un punto sulla superficie fino al ricevitore è di mezza lunghezza d'onda maggiore del percorso diretto, causando uno sfasamento di 180 gradi.

Pentola a pressione e bomboletta spray che illustrano la legge di Gay-Lussac in termodinamica.

Legge di Gay-Lussac (legge pressione-temperatura)

Noto anche come legge di Amontons, questo principio afferma che per una massa fissa di un gas ideale a volume costante, la sua pressione è direttamente proporzionale alla sua temperatura assoluta. La relazione è espressa matematicamente come [latex]P \propto T[/latex] o come confronto tra due stati, [latex]\frac{P_1}{T_1} = \frac{P_2}{T_2}[/latex]. Questo descrive il comportamento del gas in condizioni isocore (volume costante).

Apparecchio per la miscelazione dei gas in un laboratorio d'epoca per applicazioni termodinamiche.

Legge di Dalton delle pressioni parziali

La legge di Dalton afferma che in una miscela di gas non reagenti, la pressione totale esercitata è uguale alla somma delle pressioni parziali dei singoli gas. La pressione parziale di un gas è la pressione che eserciterebbe se occupasse da solo l'intero volume alla stessa temperatura. La formula è [latex]P_{text{total}} = \sum_{i=1}^{n} p_i[/latex].

Polarizzazione degli elettrodi in un esperimento sulla pila di Volta che dimostra la formazione di idrogeno gassoso.

Limitazione della polarizzazione dell'elettrodo

Uno dei principali difetti della pila di Volta è la polarizzazione degli elettrodi. Durante il funzionamento, l'idrogeno gassoso prodotto dal catodo di rame forma uno strato isolante di bolle sulla sua superficie. Questo strato aumenta la resistenza interna della batteria e riduce la superficie disponibile per la reazione. Di conseguenza, la tensione e la corrente in uscita dalla pila diminuiscono significativamente poco dopo l'inizio dell'utilizzo.