Il corpo nero e la quantizzazione dell’energia
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Il corpo nero e la quantizzazione dell’energia
Approfondimento di fisica moderna
14/04/2023Federica Onorari 5^BS
Corpo nero
Curva del corpo nero
Interpretazione classica
Problematiche
Interpretazione di Plank
Quantizzazione dell’energia
Corpo nero Corpo in grado di assorbire tutte le radiazioni
elettromagnetiche che lo colpiscono Emettitore ideale Collegamento spettro-temperatura Riproducibile in laboratorio per lo studio di un
grafico che rappresenti le curve di distribuzione dell’energia nella radiazione di corpo nero
fig. Corpo nero di laboratoriohttps://www.edalab.it/wiki/index.php/Tecniche_di_misura_della_temperatura
Curva del corpo nero Spettro che dipende unicamente dalla
temperatura del corpo Origine emissionevibrazione delle cariche
elettriche negli atomi del corpo
fig. Curva sperimentale del corpo nerohttp://www.mineman.eu/2006/5a/elettrone/images/corponero.gif (modificata da Onorari Federica)
Interpretazione classica Studio della curva secondo la legge di Raleyleigh-
Jeansaccrescimento della potenza emessa al diminuire della lunghezza d’onda
fig. Interpretazione classica della curva del corpo neroCaforio A., Ferilli A., Fisica ! Le leggi della natura 3, Le Monnier Scuola 2012
Problematiche Rischio di catastrofe ultravioletta
* classical theory: previsioni della legge di Rayleigh-Jeans* linee colorate: dati sperimentali
fig. http://www.marconi-galletti.it/progetti/sito_scienza_900-5LA/premesse/premessa_corpo_nero.htm
Interpretazione di Plank Soluzione alla catastrofe ultravioletta Non irraggiamento continuo, in accordo con i dati
sperimentali
v (x1014 Hz)
B(λ
,T)
(x1
016erg
cm
-3s-
1)
λ(μm)
fig. Curva di Planck a una data temperaturahttp://www.astro.unipd.it/progettoeducativo/Didattica/UnitaDidattiche/UniDid_1.pdf
Quantizzazione dell’energia Irraggiamento delle cariche elettriche ognuna
emette e assorbe solo multipli di una quantità minima Δ E di energia (quanto) dipendente dalla frequenza di oscillazione
Δ E = h • f
h = 6,626 • 10-34 J • s costante di Planck
f frequenza oscillazione
Bibliografia e sitografia http://it.wikipedia.org/ http://www.astro.unipd.it/progettoeducativo/Didattica/
UnitaDidattiche/UniDid_1.pdf Caforio A., Ferilli A., Fisica ! Le leggi della natura 3, Le
Monnier Scuola 2012 Parodi G.P., Ostili M., Mochi Onori G., L’evoluzione della
fisica 3. Corso di fisica per il liceo scientifico, Torino, Paravia, 2006
Spettro di emissione Insieme delle lunghezze d’onda o delle frequenze
su cui è distribuita la potenza irraggiata da un corpo
fig. Spettro di emissione (zoom=spettro del visibile)http://www.tursiops-biology.com/gfp.htm
Radianza La radianza e la radianza spettrale sono che
descrivono la potenza luminosa emessa da una superficie di area unitaria, e diretta verso un angolo solido unitario in una direzione indicata.
fig. Radianzahttp://www.inoa.it/home/fotometria/immagini/radianza1.gif
Legge di Stefan-Boltzmann
Un corpo nero a temperatura assoluta T irradia in 1 secondo da 1m2 di superficie un’energia totale :
E = δ T4
δ = 5,67• 10-3 m • K (costante di Stefan-Boltzmann)
Legge che dipende da relazione tra aumento temperatura e aumento area sottesa dal grafico della curva del corpo nero
Legge di Wien All’aumentare della temperatura assoluta T del
corpo nero, la lunghezza d’onda λmax, per la quale si ha il massimo dell’energia irradiata, si sposta verso lunghezze d’onda minori:
λmax T = 2,90 •10-3 m• K
Legge di Rayleigh-Jeans
Tentativo di descrivere le curve di distribuzione spaziale del corpo nero secondo la fisica classica (meccanismo di assorbimento dell’energia termica con conseguente di radiazione risonanza)
P(λ, T) = 2πckb
Osserviamo che se λ 0, P(λ, T) ∞. Dunque la potenza della radiazione tende a diventare infinita dando origine alla catastrofe ultravioletta.