ATOMO Laboratorio estivo di Fisica Moderna 2008. Modelli atomici –Democrito (460 a.C.) ipotizza...
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ATOMOATOMOLaboratorio estivo di Fisica
Moderna 2008
Modelli atomici
– Democrito (460 a.C.) ipotizza l’esistenza di particelle indivisibili chiamate “Atomi”...
Modelli principali:
• J. J. Thomson (1865-1940)• E. Rutherford (1871-1937)• N. Bohr (1885-1962)
J. J. Thomson 1865-1940
• Nasce a Cheetham
• Scopre dei corpuscoli di carica negativa, chiamati elettroni
• Nobel per la Fisica (1897)
• Realizza primo spettrometro di massa (1912) => determinare rapporto e-/m
• Scopre isotopi
Gli elettroni, carichi negativamente, sono distribuiti casualmente in una massa fluida di carica positiva.
E. Rutherford 1871-1937
• Nasce a Brightwater
• Nobel per la Chimica (1908)
• Scopre nucleo atomico
• Trasmuta elemento chimico in un altro
• Avanza teorie sull’esistenza dei neutroni
Gli elettroni ruotano intorno al nucleo positivo secondo orbite circolari.
N. Bohr 1885-1962
• Nasce a Copenaghen
• Nobel per la fisica (1922)
• Sviluppa il principio di complementarità
• Fonda CERN di Ginevra
Quasi tutta la massa atomica è nel nucleo, attorno al quale ruotano gli elettroni su orbite ben definite che rappresentano i vari stadi di energia. L’elettrone può cadere da un’orbita di alta energia ad una di bassa energia, producendo un fotone.
Esperimento di Thomson: apparato e/m
Verificare in modo sperimentale il rapporto e/m
La forza di Lorentz agisce perpendicolarmente alla velocità v e al campo magnetico B:
F = evBF = ma = m v2/R
e/m = 2V/ (BR)^2
e = carica elettricam = massa elettrone V= voltaggio B = costante magnetica (7,8 *10-4) * intensità di corrente (I)R = raggio preciso (media del raggio dx e sx)
Formula utilizzata
Strumenti
Utilizzati
Lettura dello strumento
Il passo più importante sta nel stabilire la lunghezza del raggio grazie al righello a specchio.
Fascio di elettroni accelerato
Azionamento bobine
Scelta di un determinato valore di voltaggio e intensità elettrica
Individuazione raggio sx e dx tramite scala a specchio
raccolta dati
Applicazione formula
Procedimento
Raccolta dati
V (V) I (A) R1 (m) R2 (m) R (m) e/m (C/Kg) %150 1,22 0,04 0,04 0,041 1,97E+11 12,0205 1,22 0,045 0,05 0,048 2,01E+11 14,0193 1,22 0,045 0,049 0,047 1,93E+11 9,6174 1,22 0,042 0,046 0,044 1,99E+11 12,8215 1,41 0,045 0,043 0,044 1,84E+11 4,3215 1,47 0,042 0,042 0,042 1,85E+11 5,3215 1,53 0,04 0,04 0,040 1,89E+11 7,2215 1,58 0,039 0,04 0,040 1,81E+11 3,1225 1,57 0,041 0,043 0,042 1,70E+11 3,3251 1,48 0,044 0,045 0,045 1,90E+11 8,1260 1,62 0,04 0,043 0,042 1,89E+11 7,4260 1,58 0,042 0,043 0,043 1,90E+11 7,7300 1,46 0,049 0,05 0,050 1,89E+11 7,3171 1,37 0,04 0,04 0,040 1,87E+11 6,4171 1,4 0,039 0,038 0,039 1,93E+11 9,9171 1,45 0,038 0,037 0,038 1,90E+11 8,0171 1,5 0,035 0,037 0,036 1,93E+11 9,5171 1,55 0,035 0,036 0,036 1,86E+11 5,5171 1,61 0,032 0,034 0,033 1,99E+11 13,1171 1,71 0,029 0,032 0,031 2,07E+11 17,4181 1,81 0,028 0,031 0,030 2,09E+11 18,6272 1,32 0,049 0,053 0,051 1,97E+11 12,1272 1,45 0,045 0,048 0,047 1,97E+11 11,8272 1,57 0,042 0,044 0,043 1,96E+11 11,5272 1,69 0,039 0,041 0,040 1,96E+11 11,2272 1,79 0,037 0,039 0,038 1,93E+11 9,8272 1,89 0,035 0,035 0,035 2,04E+11 16,1272 1,94 0,034 0,035 0,035 2,00E+11 13,4
Media 1,93E+11Deviazione 8,E+09 4,E+00
valore riferimento 1.76E+11Errore % deviazione
Errori sperimentali
•Errata lettura dello strumento (parallasse)
•Voltaggio o corrente troppo bassi o troppo alti
•Mal posizionamento del cannone elettrico
•Eventuali errori strumentali
Esperienza di RUTHERFORD (modello planetario)
Apparato sperimentale utilizzato: sorgente radioattiva (Americio), lamina di alluminio, pompa a vuoto, cilindro a vuoto, rilevatore (fotodiodo a giunzione pn).
Modalità operative
•Monto il dispositivo
•Attraverso la pompa a vuoto pratico il vuoto nel cilindro
•Collego ad un computer il rilevatore.
•Posiziono la sorgente radioattive e la lamina di alluminio perpendicolarmente al rilevatore.
•Tramite il rilevatore misuro la corrente che vi giunge proporzionale al numero di particelle che, dopo aver attraversato la lamina in un intervallo di tempo definito (60s), lo colpiscono.
•Mantenendo fisso il rilevatore ruoto la lamina e la sorgente di un certo angolo θ compreso tra ±15°
•Ripeto le operazioni precedenti più volte variando angolo.
Angolo Area (N)
15,00 0,0012,50 0,5010,00 12,007,50 12,005,00 132,002,50 692,002,00 825,001,00 965,000,00 1348,00
-1,00 1442,00-2,00 1308,00-2,50 1193,00-4,00 1006,00-5,00 498,00-7,50 104,00
-10,00 8,00-12,50 1,00-15,00 0,66
Dati Sperimentali
0,00
200,00
400,00
600,00
800,00
1000,00
1200,00
1400,00
1600,00
1800,00
2000,00
-20,00
-15,00
-10,00
-5,00 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00
Angolo (°)
N. p
arti
cell
e
Curva Teorica
Angolo N. Teorico
15,00 2,8712,50 5,6310,00 12,747,50 35,655,00 143,322,50 1236,302,00 2290,031,00 11590,330,00 185417,03
-1,00-2,00 185417,03-2,50 36627,91-4,00 2290,03-5,00 724,84-7,50 104,09
-10,00 28,38-12,50 10,67-15,00 4,87
0,00
50,00
100,00
150,00
200,00
250,00
300,00
350,00
400,00
450,00
500,00
-20,00 -15,00 -10,00 -5,00 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00
Angolo (°)
N. p
arti
cell
e
2sen
1
4 CN
Osservazioni
•La maggioranza delle particelle alfa prosegue in linea retta.
•Alcune particelle sono deviate con un angolo diverso da 0.
•Maggiore è l’angolo minore è la quantità di particelle rilevate.
Conclusioni
•Le particelle alfa(nuclei di elio) sono molto più piccoli dell'atomo, 10 -15.
•La maggiore componente dell'atomo era lo spazio vuoto.
•Non era concepibile una struttura atomica come quella rappresentata da Thomson.
Esperienza “Spettri a righe”
Lo scopo dell'esperimento è quello di verificare la tesi di Bohr riguardante il modello atomico da lui proposto.
nel 1913 per spiegare gli spettri a righe degli elementi.
Postulati del modello atomico di Bohr
• Gli elettroni si muovono su orbite circolari attorno al nucleo
• Un elettrone in moto su un orbita non irraggia
• Le orbite sono soggette a una condizione di quantizzazione del momento angolare
L = n h/2p
• Gli elettroni possono emettere o assorbire radiazioni elettromagnetiche quando passano da un’orbita all’altra
E2 - E1 = hn H: costante di Plank = 6.63*10^-34 J*s
Gli spettri a righeSe si fornisce energia ad un
elettrone, questo è in grado di emettere, sotto forma di radiazione luminosa, questa stessa energia, tornando nel suo stato fondamentale.
Tale energia emessa viene poi assorbita su lastre o appositi strumenti e rappresentata nei cosiddetti spettri a righe.
2 tipi di spettri:
-continuo: dispersione della luce bianca nelle sue componenti
-discontinuo: assorbimento di determinate lunghezze d’onda da parte di un particolare elemento
Spettrofotometro
Materiale utilizzato• Spettrofotometro• Calcolatore per elaborazione dati
Funzionamento
Descrizione dispositivo
-Lampada a spettro contenente per ogni prova un elemento differente (1)
-Collimatore (2)
-Lenti per focalizzare il fascio luminosos proveniente dalla lampada (3)
-Base d’appoggio per lo strumento (4)
-Sensore luminoso (5)
-Sensore di posizione angolare (6)
-Reticolo di diffrazione con fenditure di diverse grandezze (7)
1
2
3
4
5
6
7
Prove eseguiteSodio
La radiazione luminosa della lampada a Sodio (Na) produce, una volta diffratta, uno spettro di righe colorate.
Idrogeno
Violetto
Verde
Rosso
Analisi Dati
Mercurio
Viola3
Viola1
Verde
Giallo-arancio
Viola2
Analisi Dati
Kripton sensibilità x 10
IR1
IR2
IR3IR4
Kripton sensibilità x 100
Analisi Dati 1
Analisi Dati 2
Conclusioni
• Bohr, tramite l’esperienza degli spettri a righe riuscì a dimostrare la validità della sua teoria e dei suoi postulati e pose le basi per lo sviluppo della meccanica quantistica (energia quantizzata).
• Esso dimostrò anche che il raggio e l’energia dei livelli energetici sono calcolabili attraverso alcune formule matematiche.
• Es: nel caso dell’Idrgoeno H• E1 = E (n=1) = -13.6 eV 1eV = 1.6*10^-19 J• R1 = R (n=1) = 0.529 A = 0.5 * 10^-10 m = 5*10^-11 m
Gruppo Atomo
• Bodini Laura • Danelli Matteo• Ghidelli Ruben• Lancini Davide• Madonini Claudio
• Manzoni Martina• Medeghini Fabio• Zangarini Maria Paola• Zatti Nadia