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Diffusione della luce

La diffusione è la deviazione parziale o totale di una radiazione elettromagnetica, ad esempio della luce, verso un'altra direzione, a causa di un processo chimico-fisico dovuto all'impatto con un ostacolo. In chimica e in fisica questo fenomeno è conosciuto come diffusione. Quando la radiazione luminosa colpisce degli ostacoli di dimensioni paragonabili alla propria lunghezza d'onda, ad esempio delle molecole, la luce si diffonde in tutte le direzioni. Questo fenomeno è detto riflessione diffusa della luce.

la diffusione della luce

L'intensità della diffusione

Secondo la legge sulla diffusione di Rayleigh, l'intensità della luce diffusa è inversamente proporzionale alla quarta potenza della lunghezza d'onda della radiazione elettromagnetica.

La componente blu della luce si diffonde di più rispetto agli altri colori perché ha una lunghezza d'onda minore. Questo fenomeno fisico è detto effetto Tyndall.

Perché il cielo è azzurro?

Il colore azzurro del cielo è dovuto alla diffusione dei raggi solari, in base all'effetto Tyndall che abbiamo visto nel paragrafo precedente. La presenza delle molecole e delle particelle di gas nell'atmosfera terrestre genera il fenomeno della diffusione della luce solare. Grazie alla diffusione della luce il cielo si illumina con la tipica tonalità di colore azzurro-blu.

Senza la diffusione il cielo ci apparirebbe nero come nelle ore notturne. Ad esempio, se guardassimo il cielo dalla superficie della Luna o da un asteroide, essendo dei corpi privi di atmosfera, lo vedremmo nero anche quando sono esposti direttamente ai raggi solari.

La diffusione svolge anche una funzione protettiva del pianeta dal flusso energetico solare, poiché devia verso lo spazio esterno circa il 6% dei raggi solari che colpiscono la Terra

Perché il Sole è rosso al cielo e al tramonto?

Quando il Sole è basso all'orizzonte i raggi solari attraversano più strati dell'atmosfera, essendo la Terra una sfera. Le radiazioni blu si disperdono mentre ci arrivano soltanto quelle rosse. Per questo motivo il cielo assume la tipica tonalità rossa quando il Sole sorge o tramonta.

Il colore rosso del cielo al tramonto e all'alba

Lo stesso fenomeno fisico è alla base della Luna rossa, quando il nostro satellite naturale è illuminato dai raggi solari che attraversano l'atmosfera terrestre.

Tipi di diffusione

Esistono diversi tipi di diffusione della luce:

  1. Diffusione di Thomson. La radiazione elettromagnetica si diffonde per la presenza di particelle cariche che interagiscono con la radiazione, diventando anch'esse una sorgente di radiazione. Questo fenomeno si verifica, ad esempio, con gli elettroni di un atomo.
  2. Diffusione di Rutherford. La radiazione viene deviata dall'interazione tra le particelle cariche del fascio luminoso con i nuclei di un corpo solido. L'interazione causa la deviazione dei fotoni dalla loro traiettoria originaria.
  3. Diffusione di Compton. La radiazione viene deviata dagli urti elastici tra i fotoni del fascio di luce e gli elettroni. Questo fenomeno di diffusione è detto effetto Compton.

La differenza tra riflessione ordinaria e diffusa

La diffusione è una forma di riflessione, detta riflessione diffusa per distinguersi dalla riflessione ordinaria. Nella riflessione ordinaria la direzione della luce viene determinata univocamente da quella del raggio elettromagnetico che colpisce l'oggetto. Viceversa, nella riflessione diffusa la luce si diffonde in ogni direzione.

Ad esempio, quando la luce di una lampada arriva sulla superficie di un foglio di carta, i fotoni della luce sono riflessi in ogni direzione. La luce si sparpaglia in ogni direzione. Questo fenomeno appartiene alla riflessione diffusa.

Appartengono alla categoria della diffusione anche i fenomeni di diffrazione della luce in una soluzione, a causa della presenza di piccole particelle in sospensione.

Ad esempio, nell'acqua torbida la luce si propaga in ogni direzione per diffusione e non più soltanto in linea retta. Quanto più sono minuscole le particelle, tanto maggiore è il fenomeno della diffusione della luce.

Quando le particelle in sospensione sono molto piccole, si diffonde soprattutto la luce con lunghezza d'onda minore e la soluzione assume il colore azzurro.


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