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1 Principi fisici di conversione avanzata (Energetica L.S.) G.Mazzitelli ENEA Prima Lezione.

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1 1 Principi fisici di conversione avanzata (Energetica L.S.) G.Mazzitelli ENEA Prima Lezione

2 2 Forze fondamentali Forza gravitazionale (Moto dei corpi celesti, meccanica newtoniana) Forza elettromagnetica (Equazioni di Maxwell)

3 3 Effetto fotoelettrico

4 4 Fisica classica E cinetica max proporzionale alla intensità della radiazione (I) L’effetto fotoelettrico è indipendente dalla frequenza Il primo elettrone dovrebbe essere emesso per t>sec Esperimento E cinetica max è indipendente dalla intensità della radiazione L’effetto fotoelettrico dipendente dalla frequenza Il primo elettrone è emesso istantaneamente La risposta fu proposta da Einstein il quale propose che la luce avesse una natura corpuscolare: i fotoni particelle di massa zero che viaggiano alla velocità della luce ed hanno una energia pari a E=hν h è la costante di Planck h=6.623x10 -34 J.s

5 5 Diffrazione degli elettroni fotoni elettroni

6 6 Diffrazione degli elettroni La spiegazione di questo esperimento è solamente possibile assumendo che le particelle hanno una natura ondulatoria la cui lunghezza d’onda detta di De Broglie

7 7 Prima Lezione I costituenti nucleari Le dimensione e la forma dei nuclei Le masse nucleari e le energie di legame La forza nucleare Il decadimento radioattivo Leggi di conservazione nel decadimento radioattivo Il decadimento alfa Il decadimento beta Il decadimento gamma La radioattività naturale

8 8 Struttura dell’atomo Ogni atomo composto da un nucleo centrale che contiene la maggior parte della massa (99,9%) e da una nuvola elettronica intorno al nucleo. Il nucleo ha una carica elettrica positiva pari alla carica elettrica negativa degli elettroni per cui il nucleo è neutro. Il nucleo è composto da due tipi di particelle: i protoni e i neutroni.Protoni e neutroni sono chiamati anche nucleoni

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10 10 Protoni Neutroni Elettroni I protoni hanno carica positiva pari alla carica elementare e=1.6 10 -19 C e massa pari a m p =1.673 10 -27 Kg I neutroni sono neutri e hanno massa pari a m n =1.675 10 -27 Kg lievemente superiore a quella dei protoni. Gli elettroni hanno carica negativa pari alla carica elementare e=1.6 10 -19 C e massa pari a m e =9.11 10 -31 Kg

11 11 L’atomo Il numero dei protoni è uguale a quello degli elettroni e si indica con Z (numero atomico) Il numero Z identifica l’elemento e conseguentemente determina le proprietà chimiche. La somma del numero di protoni e neutroni si indica con A (numero di massa)

12 12 L’atomo m p /m e  m n /m e =1836.15. Come detto la massa è quasi tutta nel nucleo. Esistono nuclei con lo stesso Z e diverso A. Si dice che per ogni elemento vi sono diversi isotopi. Raggio degli atomi: 0.05  0.2nm;

13 13 L’atomo Nella fisica nucleare è importante conoscere e specificare bene i differenti isotopi per cui un isotopo e identificato dal simbolo chimico X ( da cui si ha Z) e dal numero di massa A, il numero di neutroni sarà allora N=A-Z. A X Attenzione il numero di massa A non identifica la massa del nucleo ma il numero di nucleoni

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15 15 Alcuni esempi L’idrogeno 1 H ha due isotopi il Deuterio (D) 2 H e il Trizio (T) 3 H Quale l’elemento che ha un isotopo con numero di massa A=235 e che contiene nel nucleo 143 neutroni ? Z=A-N=92 ovverosia l’uranio 235 U

16 16 Il nucleo La maggior parte dei nuclei hanno una forma quasi sferica con una densità di carica nucleare piuttosto piatta 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 r(fm) Nuclear density 12 C 70 Ge 209 Bi

17 17 Il nucleo Numero di protoni e neutroni Volume del nucleo costante = ≈ A πR3πR3 4343 A ∞ R 3 R=R 0 A 1/3 R 0 è determinato sperimentalmente ed è ≈ 1.2 X 10 -15 m Raggio dei nuclei: 1  7fm La lunghezza 1.0 X 10 -15 m è 1 femtometer (fm) o 1 fermi

18 18 Esercizio Calcoliamo la densità e la massa risultante di un nucleo che abbia un ipotetico raggio di 1cm La massa di una sfera di raggio 1 Km della nostra materia !


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