Christopher Kent Mineman - Didattica in rete

radiazione del corpo nero

temperature preimpostate

immetti il valore esatto di temperatura

Come usare questa applet

  • con questa applet è possibile impostare la temperatura di un corpo ed osservarne il relativo spettro di emissione insieme con il colore apparente nel visibile;
  • quando la pagina è completamente caricata nella parte superiore dell'applet compaiono:
    • nella parte sinistra, dall'alto in basso: quattro cerchi pieni, uno rosso, uno verde, uno blu (rappresentanti, rispettivamente, le percentuali di intensità degli stessi colori nel range del visibile, con accanto le tre lettere R, G e B quali acronimo dello spazio di colore usato per la rappresentazione), uno inizialmente bianco (rappresentante il colore apparente nel range del visibile, ovvero la somma dei tre colori primari RGB precedenti, con accanto la scritta "Appearance") ed il valore attuale della temperatura (espressa in Kelvin!);
    • nella parte destra: il grafico dinamico "intensità vs lunghezza d'onda", raffigurante lo spettro di radiazione alla temperatura indicata;
    • nella parte centrale: un cursore a slitta per impostare manualmente col mouse la temperatura, una casellina in cui viene indicata la temperatura attuale, due caselline da spuntare per attivare/disattivare la funzione di autorange per gli assi x ed y;
    • nella parte inferiore: un insieme di pulsanti per attivare immediatamente il grafico su alcune temperature preimpostate ed una casellina per immettere un valore esatto di temperatura;
  • il valore iniziale della temperatura è di 5.321 K e si trova, quindi, nel visibile; tale valore può essere variato secondo una qualunque delle seguenti procedure:
    • immettendo il valore esatto della temperatura
    • selezionando uno dei valori preimpostati
    • spostando il cursore a slitta (puntandolo col cursore del mouse, premendo sul pulsante sinistro del mouse e, senza rilasciare il pulsante, spostandolo a destra per aumentare od a sinistra per diminuire il valore di temperatura; contestualmente il grafico dello spettro varia in accordo alla posizione del cursore a slitta e, se l'autorange è stato selezionato, gli assi cambiano il loro fattore di scala per far entrare l'intero spettro nell'area del tracciato; raggiunto il valore desiderato è sufficiente rilasciare il pulsante del mouse per stabilizzare la scelta)
    • immettendo il valore esatto nella casella di testo accanto al cursore a slitta e premendo "Invio"
    • facendo un click col pulsante sinistro del mouse nell'area del tracciato del grafico (il cursore del mouse diventa una manina col dito indice puntato: tenendo premuto il pulsante sinistro appaiono due freccette blu sopra il grafico e rivolte verso il basso, indicanti il valore attuale ed il nuovo valore di lunghezza d'onda cui far corrispondere il picco d'intensità del grafico; in un riquadro giallo, inoltre, appare anche il valore esatto di lunghezza d'onda selezionato ed espresso in nanometri; rilasciando il pulsante del mouse viene disegnato il nuovo spettro con il picco nella posizione prescelta)
  • per meglio inquadrare lo spettro di emissione con quello visibile, al di sotto della curva di emissione viene data anche una rappresentazione dello spettro visibile, con i tre colori primari centrati su 400 (blu), 500 (verde) e 600 (rosso) nanometri;

Concetti matematici e fisici richiesti

  • concetti generali sul corpo nero, sulle radiazioni e sul loro spettro di assorbimento/emissione
  • scala della temperatura assoluta
  • Legge di Stefan-Boltzman
  • Legge di Wien

Esercizi proposti

  • Il colore apparente iniziale a 5.321 K è bianco. Sapreste spiegare perchè? E sapreste spiegare perchè diminuendo la temperatura ad un certo punto (prima di arrivare a 0 K) il colore apparente diventa nero?
  • Perchè al variare della temperatura cambia il colore apparente?
  • Provate a disinserire l'autorange per l'asse delle ordinate e partendo da un valore qualsiasi aumentate gradualmente la temperatura; noterete che già per piccoli aumenti di T la rappresentazione grafica dello spettro oltrepassa il valore di fondoscala delle ordinate: sapreste spiegare in termini fisici perchè avviene questo?
  • Trovate sperimentalmente la relazione che lega, almeno dal punto di vista qualitativo, la variazione di temperatura con la lunghezza d'onda e giustificatene l'andamento.
  • Trovate un tubo al neon e cercate tra le sue caratteristiche tecniche la temperatura di colore. Riportate tale valore nell'applet ed osservate e commentate lo spettro di emissione.
  • Se portate la temperatura a 0 K lo spettro è una linea: sapreste spiegare il perchè?