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Sviluppo della fisica quantistica ESPERIMENTI E TEORIE RIVOLUZIONARIE DEL PRIMO 900.

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Presentazione sul tema: "Sviluppo della fisica quantistica ESPERIMENTI E TEORIE RIVOLUZIONARIE DEL PRIMO 900."— Transcript della presentazione:

1 Sviluppo della fisica quantistica ESPERIMENTI E TEORIE RIVOLUZIONARIE DEL PRIMO 900

2 Crisi della fisica classica - 1

3 Corpo nero

4 Ipotesi di Planck Il calcolo classico e accurato nel limite di grandi lunghezze donda. Per eliminare la divergenza ultravioletta, suppone che la radiazione possa avere solo frequenze che soddisfano alla relazione E=hf (dove h è la costante di Planck pari a 6, Js ed f la frequenza) Inizialmente è solo un artificio matematico!

5 Ipotesi di Planck Gli oscillatori elementari possono assumere solo energie quantizzate che soddisfano alla relazione E=nhf, dove h e una costante universale n e chiamato numero quantico Le transizioni di livello vengono accompagnate dallemissione/assorbimento di quanti di radiazione (fotoni) La fisica quantistica coincide con la fisica classica nel limite h -> 0

6 Effetto fotoelettrico 1902 Philip LenardPhilip Lenard Nella situazione in figura, si osservo che anche in assenza di ddp si misurava corrente quando il catodo metallico era illuminato. Ipotesi: la luce fa emettere elettroni al catodo i V Buio: V=0 i V luce: intensita I frequenza f Luce: i 0 anche quando V=0

7 Problemi della teoria classica Come puo la luce incidente far emettere elettroni al catodo nella fisica classica? Presumibilmente il campo elettrico associato ad essa accelera gli elettroni vincendo la forza che li lega al nucleo. Osservazioni sperimentali: Lemissione e proporzionale allintensita solo oltre certe frequenze Lemissione e istantanea, e il tempo di risposta non dipende dallintensita

8 Ipotesi di Einstein 1905: il giovane Einstein propone una spiegazione per la quale viene insignito del premio Nobel Lenergia e trasportata da piccoli pacchetti chiamati fotoni Se la radiazione ha lunghezza donda = c/f lenergia di ogni fotone e E=hf La radiazione di frequenza f ha grande intensita se composta da molti fotoni e piccola intensita se composta da pochi fotoni Questa spiegazione indica una natura corpuscolare (singole particelle) della radiazione

9 Spettri di emissione Problema degli spettri a righe

10 Latomo Allinizio del 900 era noto che latomo era costituito da un nucleo pesante di carica positiva e da elettroni negativi leggeri: fu naturale quindi pensare che gli elettroni orbitassero attorno al nucleo. Conseguenze secondo la fisica classica: Qualunque orbita ellittica dovrebbe essere consentita Gli elettroni, essendo soggetti a un moto accelerato, dovrebbero irraggiare e cadere nel nucleo Lo spettro dellirraggiamento dovrebbe essere continuo

11 Ipotesi di Bohr 1913 – Tesi di dottorato Non tutte le orbite sono consentite, ma solo quelle che soddisfano la relazione 2 π r p = n h (quantizzazione del momento angolare) Non sono permesse tutte le orbite Nel passare da unorbita allaltra, lelettrone emette un fotone con una ben precisa frequenza f = ΔE / h

12 Onda o particella? Se la luce puo avere manifestazioni corpuscolari, le particelle potrebbero essere soggette a fenomeni che richiedono di invocare la meccanica ondulatoria Un esperimento chiave: diffrazione degli elettroni (Davisson & Germer 1925) Se gli elettroni fossero onde, si manifesterebbero proprieta diffrattive… Gli elettroni manifestano patterns di diffrazione

13 Ipotesi di De Broglie Spiega le evidenze sperimentali Giustifica il perché nel mondo macroscopico questi effetti non siano percepibili

14 Principio di indeterminazione Per vedere particella dobbiamo illuminarla Ma per illuminarla dobbiamo mandarci su un fotone E per vederla con precisione dobbiamo mandare un fotone piccolo

15 Dove sta? Per misurare la posizione con precisione devo prendere un fotone con lunghezze donda piccola Ma λ=c/. Quindi se λ e piccolo e grande Ma E=h Per misurare con precisione la posizione devo mandare un bel fotone molto energetico Ma questo da una bella sberla alla particella, e quindi non ne so piu la velocita

16 Interpretazione di Copenaghen Alla fine degli anni 20 vari fisici, Bohr, Born, Heisenberg, Pauli... proposero che le onde di materia dovessero essere interpretate come onde di probabilita Piu precisamente il modulo quadro della funzione donda e la densita di probabilita di trovare la particella in un dato punto

17 E il famoso gatto…

18 Vivo o morto x! Sicuramente ci disturba il fatto che il gatto sia vivo e morto al tempo stesso E soprattutto che esso poi passi in uno dei due stati solo se apriamo la scatola! Il punto e che il gatto e composto da un altissimo numero di particelle quantistiche che si comportano in maniera incoerente


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