La struttura della materia

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1 La struttura della materia

2 IL CORPO NERO In fisica, i corpi solidi o liquidi emettono radiazioni elettromagnetiche, a qualsiasi temperatura. Il corpo nero, invece, è un oggetto ideale che assorbe tutta la radiazione elettromagnetica incidente senza rifletterla.

3 Temperatura T Il potere. emissivo di un corpo a una temperatura T e ad una particolare frequenza f, è la quantità di energia che viene emessa nell unità di superficie del corpo. UNITA DI TEMPO Unità di superficie 3% assorbita Il potere assorbente è il rapporto tra l energia che viene assorbita e quella sul corpo Energia incidente

4 L energia E irradiata per unità di superficie e di tempo dal corpo nero è data e da: E=σT⁴ Corpo nero ultravioletto visibile infrarosso Dove con σ=5,6703 x 10-8 W/(m 2 K 4 ) è detta costante di Stefan- Boltzmann. LEGGE DI SPOSTAMENTO DI WIEN: λ T = COSTANTE

5 CATASTROFE ULTRAVIOLETTA La catastrofe Interpretazione di Rayleigh e Jeans: la legge di Raylegh-Jeans esprime l andamento dell intensità di irraggiamento della lunghezza d inda P(λ,T)= 2πc/λ⁴KT 2πc/λ⁴ KT Wien: formula empirica e valida solo a piccole λ Rayleigh-Jeans: formula coerente, ma valida solo ad altre λ

6 PLANCK E L IPOTESI DEI QUANTI Ogni scambio di energia fra le cariche del corpo nero e il campo elettromagnetico avviene per multipli interi di quantità minime di energia, dette quanti, secondo la relazione: h = 6, ³⁴ J s E= hf

7 L effetto fotoelettrico Questo fenomeno si manifesta colpendo una superficie metallica con delle radiazioni elettromagnetiche che provocano un emissione di elettroni (solo se le radiazioni hanno una frequenza minima detta valore di soglia). Anche aumentando l intensità il risultato non cambia perché aumenta il numero degli elettroni ma non la loro energia. E=hf Estrazione di elettroni da un metallo illuminato

8 Effetto Compton L effetto Compton è un fenomeno che si manifesta quando un fotone interagisce con un elettrone, cedendogli energia e deviando dalla sua traiettoria originale. La spiegazione di questo effetto fornisce una definitiva conferma del concetto di fotone come quanto di energia. La dimostrazione della spiegazione fu data Arthur Compton nel Per giustificare il risultato, Compton interpretò il fenomeno come un urto elastico tra fotoni ed elettroni. Si ha: λ' - λ =h/m 0 c (1 - cos θ)

9 Spettroscopia

10 Principio di inversione dello spettro Le righe di un determinato spettro sono tipiche dell elemento che emette le corrispondenti radiazioni. Ogni aeriforme assorbe le radiazioni che hanno esattamente la stessa frequenza di quelle emette. LEGGE DI RYDBERG-RITZ: 1/λ= R( 1/(m+a)² 1/(n+b)²

11 Primi modelli dell atomo odello Thomson: il primo modello d atomo è denominato a panettone. In base dati allora disponibili, Thomson immaginò che gli elettroni (negativi) fossero dispersi com acini dell uvetta in un panettone, in una massa elettricamente positiva, in modo da determinare l equilibrio delle cariche

12 MODELLO RUTHEFORD: Rutheford nel tentativobdi verificare la validitá del modello Thomson eseguí che: In questo modello detto anche planetario la carica elettrica positiva è concentrata in un nucleo centrale, in cui è presente quasi tutta la massa dell atomo. Gli elettronivdi massa molto piccolave carica negativa ruotano attorno al nucleo a determinate distanze da esso.

13 DIFFERENZA THOMSON-RUTHEFORD In base al modello Thomsn le particelle ALFA avrebbero dovuto subire delle deviazioni molto modeste dalla traiettoria rettilinea. Contrariamente alle previsioni un elevata percentuale di particelle attraversava sí la lamina ma fra queste 1 su particelle tornavano addirittura indietro. Rutheford per giustificare il risultato si convinse che la carica positiva, contro cui avevano presumibilmente concentrata al centro dell atomo coincidesse con la maggior parte dell atomo.

14 Modello di Bohr Un elettrone può descrivere, senza irraggiare energia, solo determinate orbite E₁, E₂ Eⁿ dette stazionarie; Gli stati permessi di moto degli elettroni sono caratterizzati da un momento angolare dell elettrone multiplo di h/2 (quantitazzazione del momento angolare); Quando l atomo è in uno di questi stati stazionari non emette luce ; quando invece passa da uno stato a più alto contenuto energetico, l atomo emette un quanto la cui energia è pari alla differenza di energia fra i due stati. Raggi delle orbite: r = n² Ɛ₀h²/Πe²m Ɛ₀h²/Πe²m L energia di legame di un elettrone Lⁿ è il minimo lavoro necessario per portare l elettrone dal livello n-simo in cui si trova all infinito

15 Esperienza di Frenck e Hertz Franck e Hertz confermano la teoria di Bohr: bombardando con elettroni gli atomi, essi possono prendere solo esattamente energia di eccitazione. Perfezionamento del modello dell atomo Quattro numeri quantici individuano in modo unico un ben preciso elettrone e viceversa: 1. numero quantico principale n=1,2,3,.., individua l energia dei possibili stati stazionari; 2. numero quantico orbitale l=0,1,2, n-1, per ogni stato stazionario n, definisce i possibili orientamenti degli orbitali atomici; 3. numero quantico magnetico m=-l,-l+1,,-1,0,1,,l-1,l tiene conto dei sottolivelli che si possono formare a causa di un campo magnetico esterno; numero quantico di spin m=±1/2, corrisponde ai due unici valori possibili correlati a una caratteristica intrinseca dell elettrone. PRINCIPIO DI ESCLUSIONE DI PAULI: due elettroni non possono avere gli stessi numeri quanti.

16 Aurora Mancuso Deborah Castronovo Giovanni Lo Destro Eugenia Di Liberto