Laboratorio estivo di Fisica Moderna Università Cattolica del Sacro Cuore di Brescia 14-16 Luglio...
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Laboratorio estivo di Fisica ModernaLaboratorio estivo di Fisica Moderna
Università Cattolica del Sacro Cuore di BresciaUniversità Cattolica del Sacro Cuore di Brescia
14-16 Luglio 201414-16 Luglio 2014
L'atomo L'atomo e i quanti di energiae i quanti di energia
Cozzo GabrieleCozzo GabrieleFedeli ValeriaFedeli ValeriaLucchini RiccardoLucchini RiccardoMeli GiulianoMeli GiulianoRisotto RamiroRisotto Ramiro
Bariselli AndreaBariselli AndreaBortolotti LucaBortolotti Luca
Misso GiovanniMisso GiovanniTreccani SimoneTreccani Simone
Zuccoli AlessandroZuccoli Alessandro
JOSEPH JOHN THOMSON JOSEPH JOHN THOMSON (1856-1940)(1856-1940)
Modello atomico di Modello atomico di Thomson ( Plum Thomson ( Plum Pudding);Pudding);Esso, elettricamente Esso, elettricamente neutro, presenta un neutro, presenta un numero uguale di numero uguale di elettroni negativi e positivi.elettroni negativi e positivi.
Tubo catodico utilizzato da Thomson nei suoi esperimentiTubo catodico utilizzato da Thomson nei suoi esperimenti
ESPERIMENTO: Apparato strumentaleESPERIMENTO: Apparato strumentale
Cavi elettrici
Amperometro
Bobine di Helmoltz
Bulbo di vetro
Generatore
Asta graduataAsta graduata
Fascio di elettroniFascio di elettroni
Forza di LorentzForza di Lorentz
Svolgimento dell'esperimento:Svolgimento dell'esperimento:
Rappresentazione grafica della formulaRappresentazione grafica della formula
e/m teorico = 1,76*1011 C/kg
Limitazioni strumentali
150 Volt < V < 300 VoltI < 2 Ampère
Il modello di RutherfordIl modello di Rutherford
Nel 1896 Thomsn aveva scpert l'elettrrne e aveva dat un su mdell di atm: un fluuid di carica psitiva che spitava gli elettrrni.
Rutherfrd nel 1906 cnfutò il mdell dell'atm, dettr a “panettrne”, di Thomsn.
Cn il su esperiment si aspettrava di cnfermare il mdell di Thomsn, invece ttrenne un risultat inaspettrat:gli atmi si cmprtavan cme se avesser un nucle dens e di carica psitiva.
L’idea
L’idea era questa: clpire atmi cn particelle di carica psitiva cme le α (nuclei di eli), per ttrenere infrmazini sulla distribuzine delle cariche nell’atm.Se il mdell atmic di Thomsn, in cui le cariche elettrriche sn distribuite unifrmemente nell’intera struttrura, fsse stat crrettr le particelle α avrebber attrraversat indisturbate l’atm. P
art
icel
le α
Atomo di Thomson
Particella α
+
+
L’esperimentoL’apparat è cmpst da una srgente di particelle α, una sttrilissima lamina metallica e un materiale sensibile alle α.Rutherfrd usò una lamina d’r e un rivelatre al slfur di zinc, ni una lamina di allumini e un sensre elettrrnic. Inltre la nstra srgente nn aveva le stesse carattreristiche di quella usata da Rutherfrd.Si scpre cntr gni aspettrativa che alcune particelle interagiscn cn la lamina e sn deviate addirittrura rifluesse.
Risultati
Rutherfrd ttrenne ntevli risultati, rilevand anche particelle deviate di ltre 90°.Ni, avend una srgente mlt men ptente e pc reglare e un temp di sservazine limitat, abbiam registrat sl deviazini più lievi, in un intervall di 30°.
AngoloNumero di particelle α
15° 412,5° 2
10° 107,5° 109
5° 6322,5° 19250,5° 3124
-0,5° 3212-2,5° 2595
-5° 1279-7,5° 316-10° 32
-12,5° 8-15° 3
Il numero di particelle decresce teoricamente secondo il fattore
Ciò significa che tende all'infinito per θ=0 e decresce molto velocemente. Per questo motivo per angoli vicini a 0° il valore teorico si discosta dall'esperienza. Inoltre ci è stato difficile rilevare particelle a distanze maggiori di 15°.
Osservazioni
In seguito a questo esperimento Rutherford pensò ad un modello con un nucleo molto piccolo in cui fosse concentrata la massa di carica positiva e con elettroni orbitanti attorno ad esso.
In questo modo dava una spiegazione alla deviazione e alla riflessione di alcune particelle
Questo sistema aveva però un difetto: non era stabile! Un elettrone, infatti, muovendosi di moto accelerato, perde energia avvicinandosi al nucleo.
Gli elettroni del modello Rutherford quindi avrebbero dovuto precipitare sul nucleo in poche frazioni di secondo!!!
Soltanto successivamente Bohr con la teoria della quantizzazione delle orbite riuscì a rimediare a questo problema. La sua teoria deriva dall'osservazione degli spettri luminosi dei gas.
GLI SPETTRI A RIGHE
Lo spettro in fisica è la figura di diffrazione
creata dalla scomposizione delle
radiazioni elettromagnetiche.
L' IMPORTANZA DEGLI SPETTRI A RIGHE
Lo studio degli spettri permette di
individuare una certa specie
chimica.
I POSTULATI DI BOHR
I Un elettrone in un atomo si muove su un' orbita circolare attorno al nucleo sotto una forza coulombiana secondo le
leggi della meccanica classica.
II Un elettrone si muove su ciascuna orbita senza emettere radiazioni quindi l' energia rimane costante.
III Un elettrone emette una radiazione elettromagnetica se cambia il suo moto per passare da un' orbita all' altra.
A differenza del modello atomico di Rutherford, in quello di Bohr gli elettroni non sono posizionati in una qualsiasi orbita, ma secondo un criterio non arbitrario per cui
possono scambiare con l'esterno solo determinate quantità di
energia.
Bohr, che a quel tempo lavorava con Rutherford, propose un modello che, applicando all'atomo di Rutherford la
quantizzazione dell'energia introdotta da Planck, riusciva a giustificare lo spettro dell'idrogeno.
Gli elettroni possono occupare solo stati quantizzati di energia (orbite); questi stati hanno energie diverse e quello con energia
inferiore è detto stato fondamentale.
Un elettrone può operare una transizione da un livello di energia ad un altro solo assorbendo o emettendo radiazione (III postulato).
Spettro Continuo
Spettro a Righe
Tutto inizia dalla lampada che crea un' elevata differenza di potenziale tale da costringere gli elettroni ad attraversare un tubo di vetro contenente gas.Il gas emette luce: ciò è dovuto alle interazioni che avvengono tra gli atomi e la scarica elettrica.La luce policromatica, prodotta con questo apparato, viene condotta, con un sistema di fenditure e lenti, ad un prisma o ad un reticolo di diffrazione, i quali scompongono tale raggio nelle sue varie componenti monocromatiche
Analisi dei dati sperimentali
Lo scopo dell'esperimento è riprodurre le condizioni che hanno permesso a Bohr di
formulare la sua teoria atomica.Con l'analisi dei dati si nota infatti che ogni diverso elemento possiede specifiche bande di emissione. Esse, a loro volta, sono in diretta correlazione col
modello teorizzato dal fisico danese e con le diverse dinamiche che coinvolgono gli elettroni
all'interno dell'atomo.
Dati sperimentali: neon
Righe spettrali
ANGOLO DI RIFRAZIONE X
Y
INTENSITA'
Dati sperimentali: idrogeno
520nm 704nm
E' possibile ricavare la lunghezza d' onda di ogni banda con la formula:sin(nm
ANGOLO DI RIFRAZIONE X
Y
INTENSITA'