Fondamenti sull’onda elettromagnetica: Esercizi su frequenza, lunghezza d’onda, energia e momento del fotone
L’onda elettromagnetica è una perturbazione che si propaga nello spazio, trasportando energia da un punto all’altro. La lunghezza d’onda di un’onda elettromagnetica è inversamente proporzionale alla sua frequenza, dove la velocità nel vuoto è costante a 299 792 458 m/s e la relazione è data da ν = c/λ.
Un’onda elettromagnetica di frequenza ν è costituita da particelle, chiamate fotoni, che si muovono alla velocità dell’onda ciascuna delle quali ha energia E = hν, dove h è la costante di Planck. Queste particelle trasportano un momento dato da p = h/λ = E/c.
Esercizi
1) Calcolo di frequenza, numero d’onda, energia e momento del fotone per una radiazione con lunghezza d’onda di 325 nm:
a) La frequenza è 9.22 ∙ 10^14 s^-1.
b) Il numero d’onda è 3.08 ∙ 10^4 cm^-1.
c) L’energia del fotone è 6.11 ∙10^-19 J.
d) Il momento del fotone è 2.04 ∙10^-27 kg m s^-1.
2) Calcolo di lunghezza d’onda, energia e momento del fotone per una radiazione con frequenza di 196.5 mHz:
a) La lunghezza d’onda è 1.526 m.
b) L’energia del fotone è 1.302 ∙10^-25 J.
c) Il momento del fotone è 4.342 ∙ 10^-34 kg m s^-1.
3) Calcolo della differenza tra le frequenze di due linee spettrali del potassio a 766.494 nm e 769.901 nm:
La differenza tra le frequenze è 1.700 ∙ 10^12 s^-1.
4) Calcolo del numero di fotoni emessi in un secondo e del momento di un fotone per una lampada al sodio che emette luce gialla a 550 nm con potenza di 50 W:
a) Il numero di fotoni emessi in un secondo è 1.4 ∙ 10^20 s^-1.
b) Il momento di un fotone è 1.20 ∙ 10^-27 kg m s^-1.
Questi esercizi sono utili per comprendere e applicare i concetti relativi all’onda elettromagnetica, frequenza, lunghezza d’onda, energia e momento del fotone, con l’obiettivo di approfondire la conoscenza sulle proprietà fondamentali di questi fenomeni fisici.