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Il modello atomico di Thomson le intuizioni e gli esperimenti che portarono alla formulazione della teoria atomica.

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Presentazione sul tema: "Il modello atomico di Thomson le intuizioni e gli esperimenti che portarono alla formulazione della teoria atomica."— Transcript della presentazione:

1 Il modello atomico di Thomson le intuizioni e gli esperimenti che portarono alla formulazione della teoria atomica

2 L'esperimento di Thomson- obiettivo Nel 1897 Thomson calcolò il rapporto tra carica e massa dell'elettrone

3 L'esperimento di Thomson: strumentazione Bobine di Helmoltz per creare un campo magnetico che curvi la traiettoria degli elettroni bulbo in vetro contenente He a bassa pressione 2 generatori di corrente tester per misurare l'intensità di corrente

4 L'esperimento di Thomson- procedimento una corrente elettrica riscalda il filo di metallo presente nel bulbo, che per effetto termoionico emette elettroni gli elettroni sono attratti verso l'anodo e vengono accelerati; passano dunque attraverso una fessura e due piastre di deflezione formando un fascio.

5 L'esperimento di Thomson- procedimento il fascio, che dovrebbe procedere secondo moto rettilineo, è però sottoposto alla forza di Lorentz che lo curva

6 La forza di Lorentz deve equilibrare la forza centrifuga sappiamo che la velocità è data da sostituendo e semplificando si ottiene

7 per la struttura delle bobine di Helmoltz otteniamo questa formula All'interno di questa formula: μ 0 è una costante del valore di 4π·10 -7 N/A 2 N è il numero di spire (130) a è il raggio delle bobine di Helmoltz (15 cm) Le variabili sono invece ΔV(differenza di potenziale), I (intensità di corrente), r (raggio dell'orbita del fascio)

8 DATI

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10 ELABORAZIONE DATI: Dai nostre misure risulta un valore medio e/m di (1,85±0,34)·10 11 C/Kg. L'errore associato alla nostra misura deriva dal calcolo della deviazione standard ed è del 18,4% All'interno di questo intervallo cade il valore atteso 1,756·10 11 C/Kg (miglior risultato sperimentale attuale)

11 Modello atomico Thomson Dopo aver scoperto l'elettrone, sulla base dei suoi esperimenti, il fisico Joseph Thomson formulò il modello atomico detto a panettone

12 La carica positiva era distribuita uniformemente in tutto l'atomo (di dimensioni dell'ordine di m) in cui erano immersi gli elettroni era stabile poiché la repulsione coulombiana fra gli elettroni era bilanciata dalla carica positiva Secondo la sua teoria:

13 Ernest Rutherford ( ) "Nella scienza esiste solo la Fisica; tutto il resto è collezione di francobolli. Questa è l'ironica affermazione che ha reso celebre il fisico neozelandese, premio Nobel per la Chimica nel A lui è dedicato l'elemento chimico Ruterfordio(Rf),oltre ad un cratere su Marte ed uno sulla Luna. Rutherford è considerato il padre della Fisica Nucleare ed il precursore della teoria orbitale dell'atomo

14 IL MODELLO PLANETARIO Nel 1911 Rutherford eseguì un esperimento cruciale, sulla base del quale propose un nuovo modello atomico: il modello planetario, in cui si afferma che quasi tutta la masse è concentrata in un nucleo attorno a cui ruotano gli elettroni, così come i pianeti ruotano attorno al sole.

15 Il modello planetario di Rutherford era instabile avendo incontrato una contraddizione con la teoria elettromagnetica: gli elettroni che si muovono di moto circolare intorno al nucleo avrebbero dovuto emettere onde elettromagnetiche e, perdendo energia, collassare sul nucleo.

16 Scattering alla Rutherford Rutherford bombardò una sottile lamina d'oro, materiale scelto per la duttilità e malleabilità,con particelle alfa (nuclei di elio, composti da 2 neutroni e 2 protoni e che hanno perciò carica positiva, che interagiscono repulsivamente con i nuclei del materiale).

17 Come ci si aspettava, quasi tutte le particelle alfa oltrepassavano la lamina, ma alcune di esse venivano deviate con angoli maggiori rispetto all'ipotesi di Thomson, altre addirittura respinte. Rutherford Thomson

18 Egli concluse che lunico modo in cui si potevano spiegare i risultati sperimentali era supporre che la carica positiva di un atomo fosse concentrata in un piccolo volume nel centro dellatomo stesso,il nucleo, invece che distribuita come nel modello di Thomson.

19 La nostra esperienza Anche noi abbiamo riprodotto in laboratorio questo esperimento. Secondo le nostre ipotesi andando alla ricerca di particelle deflesse ad angoli maggiori sarebbe diminuito il numero di particelle alfa che avrebbero dovuto oltrepassare la lamina, nel nostro caso di alluminio.

20 I dati raccolti sono i seguenti:

21 –Rutherford descrisse matematicamente le traiettorie delle particelle α, determinate dallinterazione coulombiana di α col nucleo dellatomo: –N 0 indica in numero di particelle incidenti nellunità di tempo sullunità di superficie del bersaglio –k è una costante di proporzionalità: dipende dallintensità del fascio, dallenergia delle particelle α, dal tipo di materiale bersagliato e dal suo spessore –θ è langolo di deviazione delle particelle –ΔN è il numero di particelle diffuse secondo angoli compresi fra θ e θ+ Δθ

22 L'area di questo grafico rappresenta il numero delle particelle α che hanno attraversato la lamina metallica con unangolazione di -5° in 60 s.

23 Grazie agli ultimi dati abbiamo creato il seguente grafico che ci indica in modo significativo il flusso di particelle che hanno attraversato lalluminio alle varie angolazioni.

24 Conclusioni È possibile constatare come fra i dati teorici e quelli sperimentati ci sia accordo: Infatti è stato riscontrato che le particelle possono attraversare latomo, ma alcune volte deviano la loro traiettoria andando contro protoni.

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26 Bohr modifica il precedente modello atomico partendo dai seguenti postulati: 1.lelettrone sottoposto alla forza di Coulomb descrive orbite circolari intorno al nucleo 2.sono possibili solo quelle orbite per le quali il momento angolare (che per orbite circolari vale L = rmv) è: 3.nonostante le - sia accelerato non emette energia 4.lenergia viene emessa quando lelettrone compie una transizione da un livello allaltro

27 Il momento angolare L è quantizzato poiché è proporzionale a n (che è un numero naturale). Lo stesso si può dire di tutte le altre grandezze, infatti dal sistema: si ricava

28 13,6 eV

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30 Atomi di diversi elementi Spettri con righe diverse Diversi livelli energetici a seconda dellatomo Emissione di luce dagli atomi diversa

31 Lampada di emissione Fenditure Lente collimatrice Reticolo di diffrazione Lente convergente Sensore di luce Interfaccia computer Goniometro

32 Reticolo di diffrazione: | r 1 -r 2 |= n INTERFERENZA COSTRUTTIVA | r 1 -r 2 |=(2n+1) /2 INTERFERENZA DISTRUTTIVA | r 1 -r 2 |=dsen dsen = n d= nm n=1 di ordine unitario è langolo da cui dipende

33 SPETTRO A RIGHE DELLIDROGENO Massimo centrale Massimo centrale

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35 SPETTRO A RIGHE DEL SODIO λ= 823,79 nm λ=1175,68nm λ=596,47 nm GIALLO λ=601,14 nm GIALLO λ=838,24 nm λ=1217,44 nm Massimo centrale

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37 Abbiamo quindi calcolato la differenza relativa fra i dati ottenuti e quelli teorici ottenendo un valore inferiore al 10 : IDROGENO SODIO

38 Lerrore che influisce sulle misurazioni è da imputarsi a diversi fattori quali: lutilizzo di uno strumento per misurare gli angoli con precisione non superiore al grado e soggetto a piccole deviazioni unimprecisa rilevazione dei valori dei picchi eseguita manualmente lassenza di buio totale nellambiente dove è stato effettuato lesperimento I dati possono comunque essere considerati accettabili.


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