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EFFETTO FOTOELETTRICO La radiazione incidendo sulla superficie di un metallo causa lemissione di elettroni Hertz 1887.

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Presentazione sul tema: "EFFETTO FOTOELETTRICO La radiazione incidendo sulla superficie di un metallo causa lemissione di elettroni Hertz 1887."— Transcript della presentazione:

1 EFFETTO FOTOELETTRICO La radiazione incidendo sulla superficie di un metallo causa lemissione di elettroni Hertz 1887

2 Lapparato sperimentale Catodo ed anodo metallici chiusi in un tubo di vetro in cui è fatto il vuoto Vuoto : gli elettroni possono passare dal catodo allanodo senza collidere con le molecole Luce monocromatica illumina il catodo: il passaggio di elettroni dal catodo allanodo è rivelato dal galvanometro

3 ESPERIMENTO Se < SOGLIA NON si ha emissione di e - Se > SOGLIA emissione immediata di e - Energia cinetica degli e - emessi proporzionale a indipendente da I

4 Potassio - 2 eV necessari per far emettere un elettrone E fotone = hν EFFETTO FOTOELETTRICO e FREQUENZA

5 E cinetica del fotoelettrone Frequenza della radiazione incidente Potenzialeionizzazionecrescente frequenza energia cinetica e - pendenza = h

6 INTENSITA MAGGIORE INTENSITA MINORE NUMERO DI ELETTRONI EMESSI EFFETTO FOTOELETTRICO e INTENSITA

7 FISICA CLASSICA Il campo elettrico E della luce esercita una forza F = -e E sugli elettroni Energia cinetica del fotoelettrone ~ allampiezza dellonda Energia trasferita al metallo ~ tempo Qualunque causa emissione di e - Emissione ritardata

8 FISICA CLASSICA Al crescere dellintensità dovrebbe crescere il numero degli elettroni liberati e la loro velocità Continuando a fornire energia si dovrebbe avere liberazione di elettroni Al crescere della frequenza dovrebbe crescere il numero degli elettroni liberati e la loro velocità

9 Albert Einstein 1905 La luce si comporta come una particella, detta fotone Ciascun fotone ha unenergia E = h Premio Nobel 1921 For his services to Theoretical Physics, and especially for his discovery of the law of the photoelectric effect.

10 Energia necessaria per rimuovere un e - dal metallo Energia cinetica dell e - emesso Energia fornita dal fotone Energia del fotone insufficiente Energia del fotone sufficiente Eccesso di energia = E cinetica del fotoelettrone

11 Fotone ha energia E = h se E < E ionizzazione non si ha effetto fotoelettrico soglia se E > E ionizzazione le - mantiene leccesso di energia come energia cinetica h = E ionizzazione + ½ m v 2 al crescere di alle - rimane una crescente quantità di energia al crescere dellintensità cresce il numero di fotoni

12 FOTONI ed INTERFERENZA

13 Ciascun fotone interferisce con se stesso

14 Se cerchiamo di scoprire attraverso quale fenditura il fotone passa, il fenomeno dellinterferenza sparisce.

15 Il fotone come modello della luce 1.La luce consiste di unità discrete prive di massa dette fotoni. Un fotone viaggia nel vuoto alla velocità di 3.00 x 10 8 m/s. 2.Ciascun fotone ha unenergia E = h, dove è la frequenza della radiazione e h è la costante di Planck (h = 6.63 x J s). La luce é costituita da pacchetti discreti di energia, ciascuno di grandezza h. 3.La sovrapposizione di un numero sufficientemente grande di fotoni ha le caratteristiche di unonda classica di luce.

16 Einstein (1924) There are therefore now two theories of light, both indispensable, and … without any logical connection. Evidenza della natura ondulatoria della luce Interferenza Evidenza della natura di particella della luce Effetto fotoelettrico

17 CELLULA FOTOELETTRICA FOTOMOLTIPLICATORI CAMERA OSCURA ABBRONZATURA E RAGGI UV VISIONE E COLORI SPETTROSCOPIA FOTOELETTRONICA FOTONE

18 Dispositivi per la visione notturna

19 FOTOMOLTIPLICATORE fotone

20 Pannelli solari

21 SPETTRO FOTOELETTRONICO h = I + ½ mv 2 Lampada Campione Rivelatore Analizzatore elettrostatico

22 Dualismo onda-particella della luce Fotoni

23 DUALISMO ONDA-PARTICELLA RADIAZIONE INTERFERENZA ONDA EFFETTO FOTOELETTRICO FOTONE

24 EINSTEIN DE BROGLIE

25 Relazione di de Broglie tra momento della particella e lunghezza donda momento grande λ piccola momento piccolo λ grande

26 ESPERIMENTO DI DAVISSON E GERMER Un fascio di elettroni colpisce un reticolo cristallino La distribuzione degli elettroni che sono diffusi dal reticolo dipende dallangolo DIFFRAZIONE Le particelle si comportano come onde con =h/mv VERIFICA dellipotesi di DE BROGLIE

27 DIFFRAZIONE DI ELETTRONI

28 DIFFRAZIONE raggi X elettroni neutroni foglio di Al

29 DIFFRAZIONE DI C 60 con reticolo senza reticolo

30 Tetrafenilporfirina C 60 F 48

31 Perché non sono osservati effetti delle onde associate alle particelle (diffrazione) nella vita di ogni giorno? Gli oggetti macroscopici hanno lunghezze donda troppo piccole per interagire con le fenditure, ma oggetti di dimensione atomica si possono comportare come onde! Oggetto macroscopico – pallina da ping pong Oggetto microscopico – elettrone lento (1% velocità della luce)

32 SostanzaMassa (g)Velocità(m/s)λ (m) e - lento9 x x e - veloce9 x x x particella 6.6 x x x massa 1 g x baseball x terra6.0 x x x Lunghezza donda di de Broglie di alcuni oggetti

33 CONCLUSIONE I fenomeni a livello atomico hanno un duplice aspetto, corpuscolare ed ondulatorio, che non sono mai osservati contemporaneamente nello stesso esperimento. Principio di Complementarità (Niels Bohr) DUALISMO onda-particella Richard Feynman: …a phenomenon which is impossible, absolutely impossible, to explain in any classical way, and which has in it the heart of quantum mechanics. In reality it contains the only mystery.

34 Aspetto: Rettangolo ? Cerchio ? Realtà Cilindro !

35 La fisica classica tratta particelle ed onde come entità distinte Per rendere conto del DUALISMO onda – particella occorre una nuova descrizione MECCANICA QUANTISTICA


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