Prof. Marina Brustolon Introduzione allindagine archeometrica con metodi spettroscopici Scuola di...
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Prof. Marina Brustolon
Introduzione all’indagine archeometrica con metodi
spettroscopici
Scuola di specializzazione in Beni Culturali
2012
Introduzione
Scopi dell’indagine archeometrica
Conoscenza storica e tecnica
Restauro
Conservazione
Conoscenza storica e tecnica
Analisi dei materiali e della tecnica di esecuzione
Datazione e autenticazione
Restauro
Stato di degrado
Scelta di nuovi materiali per il restauro
Studio restauri precedenti
Conservazione
Controllo degli interventi conservativi
Messa a punto delle condizioni di conservazione
Metodi di indagine
Tecniche basate sull’interazione della radiazione elettromagnetica con la materia:
SPETTROSCOPIEAnalisi termica
Microscopie
Microanalisi chimica, cromatografia
Ultrasuoni
Riassunto
• La luce e la visione– “luce” = radiazione elettromagnetica visibile
all’occhio umano– luce bianca incidente su una superficie
(trasmissione, riflessione, diffusione)– luce bianca come mescolanza di luci
colorate– luce colorata come sottrazione con un filtro– il “colore” di un vetro– il “colore” di una superficie
Luce = radiazione elettromagnetica visibile all’occhio
umano
Cos’è la radiazione elettromagnetica?
Ci sono diversi tipi di radiazione elettromagnetica?
Come possiamo distinguere i diversi tipi di radiazione elettromagnetica?
Che tipo di radiazione elettromagnetica è la luce ?
Concetti necessari per capire cos’è una radiazione elettromagnetica
• Cos’è un’onda
• Cos’è un campo elettrico
• Cos’è un campo magnetico
Onde
Cos’è un’onda?
E’ una distribuzione periodica nello spazio di una materia o di una proprietà. Le onde di solito viaggiano nello spazio, si propagano.
Esempi di onde
Onda acustica; è una distribuzione periodica della densità dell’aria
Onda creata su una corda: l’altezza della
corda dal suolo ha una distribuzione periodica
Onda creata su una superficie d’acqua
Le proprietà dell’onda
La distanza tra due creste dell’onda si chiama “lunghezza d’onda” e si misura in metri.
Le proprietà dell’ondaLe onde si propagano con una velocità che dipende dal tipo di onde. Un’onda acustica si propaga alla velocità del suono (circa 300 m al secondo).
Su cosa si crea l’onda nel caso delle onde elettromagnetiche?
• Le onde del mare e le onde acustiche sono basate sulla materia: rispettivamente l’acqua e l’aria.
• Le onde elettromagnetiche invece non hanno una base materiale, si sviluppano anche nel vuoto. Le proprietà che formano onde sono un campo elettrico e un campo magnetico.
Campo elettrico
Attorno alle cariche elettriche c’è un campo elettrico. Nel campo elettrico attorno alla carica positiva, le cariche positive vengono respinte, e le cariche negative vengono attratte; e viceversa per la carica negativa.
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linee di forza
linee di forzaUna carica
elettrica positiva
Una carica
elettrica negativa
Campo magnetico
Attorno ad un magnete c’è un campo magnetico.
NS
linee di forza
Radiazioni elettromagneticheLe radiazioni elettromagnetiche trasportano energia nello spazio sotto forma di onde.
L’onda elettromagnetica è una distribuzione periodica nello spazio di un campo elettrico e di un campo magnetico.
E
B
Campo elettrico (E)
Campo magnetico (B)
Onde elettromagnetiche
E
B
Tutte le onde elettromagnetiche sono formate da un campo elettrico e un campo magnetico perpendicolari tra loro, e che viaggiano alla velocità della luce (che si indica con c ):
c = 300000 km/s
La distanza tra due punti equivalenti dell’onda è la lunghezza d’onda .
Onda polarizzata
Dimensioni approssimative della lunghezza d’onda
Al di fuori di questa zona le onde elettromagnetiche sono invisibili all’occhio
umano
Luce = radiazione visibile all’occhio umano
Quali radiazioni arrivano dal sole sulla Terra?
Il sole emette radiazioni a tutte le lunghezze d’onda, ma non con la stessa intensità.
Il massimo dell’emissione del sole corrisponde al massimo della percezione
visiva umananm =
nanometro, è 1 miliardesimo
di metro
Curva fotopica
Sensibilità dell’occhio umano
=555 nm
=555 nm
Emissione del sole
I
Lunghezza d’onda
Butterflies are thought to have the widest visual range of any animal. Butterflies can use ultraviolet markings to find healthier mates.
Reindeer rely on ultraviolet light to spot lichens that they eat. They can also easily spot the UV-absorbent urine of predators among the UV-reflective snow. One bird species was found to feed its young based on how much UV the chicks reflected. Some species of birds use UV markings to tell males and females apart.
The flower Black-eyed Susans have petals that appear yellow to humans, but UV markings give them a bull's eye-like design that attracts bees.
La visione umana è diversa da quella degli animali
La visione degli insetti comprende l’ultravioletto
La farfalla vede la riflessione
dell’ultravioletto, che la aiuta a trovare più
facilmente il centro dei fiori
Ora vedo una luce!
E’ tutto buio…
Vediamo solo i raggi che colpiscono la retina. Possono provenire direttamente da una sorgente luminosa, o da una riflessione.
Le zone luminose sono quelle che riflettono i raggi verso i nostri occhi (verso l’obiettivo della macchina fotrografica)
Il raggio si vede solo se colpisce l’occhio
Se il cielo è vuoto non c’è niente che possa riflettere i raggi del sole che lo attraversano e quindi ci appare nero
Luce bianca che viene riflessa da una superficie
Vedo una superficie bianca!
Se la superficie appare bianca vuol dire che tutta la
luce è riflessa, e nessuna componente è assorbita
Luce bianca che viene riflessa da una superficie
Vedo una superficie
verde!
Se la superficie appare verde vuol dire che solo una
parte della luce bianca è riflessa, e una parte è
assorbita
Luce bianca che viene riflessa da una superficie
Vedo una superficie
quasi nera!
Se la superficie appare quasi nera vuol dire che
quasi tutta la luce bianca è stata assorbita. Se fosse assorbita completamente non vedremmo proprio
niente.
Conclusioni sulla visione di un oggetto - 1
• Tutti gli oggetti che vediamo riflettono radiazione visibile verso i nostri occhi, ed è questa radiazione riflessa che ci permette di vederli.
• Il colore con il quale gli oggetti ci appaiono dipende dal rapporto tra luce riflessa e luce assorbita.
• Se la luce che illumina gli oggetti è la luce solare, e quindi una luce bianca, vuol dire che contiene radiazioni a diverse lunghezze d’onda (). Se tutte le radiazioni a tutte le vengono riflesse l’oggetto ci apparirà bianco. Se un po’ di intensità viene assorbita, ma in modo eguale per tutte le , l’oggetto ci apparirà grigio, tanto più scuro quanto più grande è l’assorbimento.
Conclusioni sulla visione di un oggetto - 2
• Se la luce che illumina gli oggetti è la luce solare, e quindi una luce bianca, e la superficie dell’oggetto assorbe radiazione solo alla che corrisponde al blu, l’oggetto ci apparirà arancione. Se la superficie dell’oggetto assorbe radiazione solo alla che corrisponde al rosso, l’oggetto ci apparirà verde. Quindi in conclusione il colore dipende dal rapporto tra parte assorbita e parte riflessa della luce bianca.
E gli oggetti trasparenti?
• Quando non c’è né assorbimento né riflessione, la luce viene trasmessa attraverso l’oggetto, e l‘oggetto è allora trasparente.
Il fenomeno della diffusione o scattering
Superficie levigata = un fascio di raggi paralleli viene riflesso e resta parallelo
Superficie scabra = un fascio di raggi paralleli viene riflesso da una superficie scabra in direzioni varie, e quindi il fascio riflesso non è più parallelo.
Questo fenomeno si chiama diffusione della luce, o scattering
L’acqua è trasparente
…ma se ci sono delle impurezze, o delle particelle in sospensione (come nel latte) l’acqua non è più trasparente. Perché?
Un fascio di raggi paralleli attraversa vetro e acqua senza cambiare direzione: effetto di trasparenza.
Un fascio di raggi paralleli viene diffuso in tutte le direzioni dai globuli di lipidi in sospensione nel latte. La radiazione bianca non viene assorbita, ma solo diffusa, quindi l’effetto è: traslucido e bianco.
La diffusione in un liquido
L’aria è trasparente…ma quando c’è la nebbia non lo è più.
Perché?
La diffusione della luce
Quando c’è la nebbia la luce (bianca) del sole viene diffusa (riflessa in tutte le direzioni) dalle goccioline d’acqua in sospensione, e ogni gocciolina diventa come un piccolo emettitore di luce.
Come un raggio può interagire con un oggetto
riflessione speculare
riflessione diffusa
Raggio incidente
assorbimento
diffusione o emissione (fluorescenza)
riflessione interna
luce trasmessa