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ATOMO Laboratorio estivo di Fisica Moderna 2008. Modelli atomici –Democrito (460 a.C.) ipotizza lesistenza di particelle indivisibili chiamate Atomi...

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1 ATOMO Laboratorio estivo di Fisica Moderna 2008

2 Modelli atomici –Democrito (460 a.C.) ipotizza lesistenza di particelle indivisibili chiamate Atomi... Modelli principali: J. J. Thomson ( ) E. Rutherford ( ) N. Bohr ( )

3 J. J. Thomson Nasce a Cheetham Scopre dei corpuscoli di carica negativa, chiamati elettroni Nobel per la Fisica (1897) Realizza primo spettrometro di massa (1912) => determinare rapporto e - /m Scopre isotopi

4 Gli elettroni, carichi negativamente, sono distribuiti casualmente in una massa fluida di carica positiva.

5 E. Rutherford Nasce a Brightwater Nobel per la Chimica (1908) Scopre nucleo atomico Trasmuta elemento chimico in un altro Avanza teorie sullesistenza dei neutroni

6 Gli elettroni ruotano intorno al nucleo positivo secondo orbite circolari.

7 N. Bohr Nasce a Copenaghen Nobel per la fisica (1922) Sviluppa il principio di complementarità Fonda CERN di Ginevra

8 Quasi tutta la massa atomica è nel nucleo, attorno al quale ruotano gli elettroni su orbite ben definite che rappresentano i vari stadi di energia. Lelettrone può cadere da unorbita di alta energia ad una di bassa energia, producendo un fotone.

9 Esperimento di Thomson: apparato e/m Verificare in modo sperimentale il rapporto e/m

10 La forza di Lorentz agisce perpendicolarmente alla velocità v e al campo magnetico B: F = evB F = ma = m v 2 /R e/m = 2V/ (BR)^2 e = carica elettrica m = massa elettrone V= voltaggio B = costante magnetica (7,8 *10 -4 ) * intensità di corrente (I) R = raggio preciso (media del raggio dx e sx) Formula utilizzata

11 Strumenti Utilizzati

12 Lettura dello strumento Il passo più importante sta nel stabilire la lunghezza del raggio grazie al righello a specchio.

13 Fascio di elettroni accelerato Azionamento bobine Scelta di un determinato valore di voltaggio e intensità elettrica Individuazione raggio sx e dx tramite scala a specchio raccolta dati Applicazione formula Procedimento

14 Raccolta dati

15 Errori sperimentali Errata lettura dello strumento (parallasse) Voltaggio o corrente troppo bassi o troppo alti Mal posizionamento del cannone elettrico Eventuali errori strumentali

16 Esperienza di RUTHERFORD (modello planetario) Apparato sperimentale utilizzato: sorgente radioattiva (Americio), lamina di alluminio, pompa a vuoto, cilindro a vuoto, rilevatore (fotodiodo a giunzione pn).

17 Modalità operative Monto il dispositivo Attraverso la pompa a vuoto pratico il vuoto nel cilindro Collego ad un computer il rilevatore. Posiziono la sorgente radioattive e la lamina di alluminio perpendicolarmente al rilevatore. Tramite il rilevatore misuro la corrente che vi giunge proporzionale al numero di particelle che, dopo aver attraversato la lamina in un intervallo di tempo definito (60s), lo colpiscono. Mantenendo fisso il rilevatore ruoto la lamina e la sorgente di un certo angolo θ compreso tra ±15° Ripeto le operazioni precedenti più volte variando angolo.

18 Dati Sperimentali

19 Curva Teorica

20 Osservazioni La maggioranza delle particelle alfa prosegue in linea retta. Alcune particelle sono deviate con un angolo diverso da 0. Maggiore è langolo minore è la quantità di particelle rilevate. Conclusioni Le particelle alfa(nuclei di elio) sono molto più piccoli dell'atomo, La maggiore componente dell'atomo era lo spazio vuoto. Non era concepibile una struttura atomica come quella rappresentata da Thomson.

21 Esperienza Spettri a righe Lo scopo dell'esperimento è quello di verificare la tesi di Bohr riguardante il modello atomico da lui proposto. nel 1913 per spiegare gli spettri a righe degli elementi.

22 Postulati del modello atomico di Bohr Gli elettroni si muovono su orbite circolari attorno al nucleo Un elettrone in moto su un orbita non irraggia Le orbite sono soggette a una condizione di quantizzazione del momento angolare L = n h/2p Gli elettroni possono emettere o assorbire radiazioni elettromagnetiche quando passano da unorbita allaltra E2 - E1 = hn H: costante di Plank = 6.63*10^-34 J*s

23 Gli spettri a righe Se si fornisce energia ad un elettrone, questo è in grado di emettere, sotto forma di radiazione luminosa, questa stessa energia, tornando nel suo stato fondamentale. Tale energia emessa viene poi assorbita su lastre o appositi strumenti e rappresentata nei cosiddetti spettri a righe. 2 tipi di spettri: -continuo: dispersione della luce bianca nelle sue componenti -discontinuo: assorbimento di determinate lunghezze donda da parte di un particolare elemento

24 Spettrofotometro Materiale utilizzato Spettrofotometro Calcolatore per elaborazione dati Funzionamento

25 Descrizione dispositivo -Lampada a spettro contenente per ogni prova un elemento differente (1) -Collimatore (2) -Lenti per focalizzare il fascio luminosos proveniente dalla lampada (3) -Base dappoggio per lo strumento (4) -Sensore luminoso (5) -Sensore di posizione angolare (6) -Reticolo di diffrazione con fenditure di diverse grandezze (7)

26 Prove eseguite Sodio La radiazione luminosa della lampada a Sodio (Na) produce, una volta diffratta, uno spettro di righe colorate.

27 Idrogeno Violett o Verde Rosso

28 Analisi Dati

29 Mercurio Viola 3 Viola 1 Verde Giallo- aranci o Viola 2

30 Analisi Dati

31 Kripton sensibilità x 10 IR1 IR2 IR3 IR4

32 Kripton sensibilità x 100

33 Analisi Dati 1

34 Analisi Dati 2

35 Conclusioni Bohr, tramite lesperienza degli spettri a righe riuscì a dimostrare la validità della sua teoria e dei suoi postulati e pose le basi per lo sviluppo della meccanica quantistica (energia quantizzata). Esso dimostrò anche che il raggio e lenergia dei livelli energetici sono calcolabili attraverso alcune formule matematiche. Es: nel caso dellIdrgoeno H E1 = E (n=1) = eV1eV = 1.6*10^-19 J R1 = R (n=1) = A = 0.5 * 10^-10 m = 5*10^-11 m

36 Gruppo Atomo Bodini Laura Danelli Matteo Ghidelli Ruben Lancini Davide Madonini Claudio Manzoni Martina Medeghini Fabio Zangarini Maria Paola Zatti Nadia


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