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Unità Didattica 2 La natura duale della luce e latomo di idrogeno.

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Presentazione sul tema: "Unità Didattica 2 La natura duale della luce e latomo di idrogeno."— Transcript della presentazione:

1 Unità Didattica 2 La natura duale della luce e latomo di idrogeno

2 lunghezza donda ampiezza A distanza dalla sorgente

3 onda sferica onda piana Principio di Huygens

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6 interferenza costruttiva interferenza distruttiva

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8 Esperienza: Interferenza a due fenditure

9 Le differenze nel percorso ottico del fascio che raggiunge i diversi telescopi vanno corrette con le linee di ritardo e sincronizzate su un unico ricevitore Interferometria

10 Interferometria con il VLT

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12 Effetto fotoelettrico Lelettroscopio si scarica con la luce ma questa deve avere lunghezza donda opportuna La natura ondulatoria della luce non è più sufficiente a spiegare il fenomeno

13 Effetto fotoelettrico Metallo (Zn, K, Li, …) elettroni (= corrente) luce (frequenza > soglia fotoelettrica) Natura corpuscolare della luce. Ogni corpuscolo trasporta unenergia h e gli elettroni possono assorbire singoli corpuscoli

14 E elettrone = E fotone – E estrazione Si ha corrente se E elettrone >0 cioè se E fotone – E estrazione > 0 e quindi E fotone > E estrazione Non si ha corrente se E elettrone 0 cioè se E fotone – E estrazione 0 e quindi E fotone E estrazione Riscriviamo E elettrone = E fotone – E estrazione come E e = h - W

15 Esperienza: Effetto fotoelettrico

16 La corrente si arresta quando il potenziale V è E e = eV ma E e = h - W quindi eV = h - W da cui V = (h/e) - (W/e)

17 V= m - q è una relazione lineare cioè una retta del tipo Y = m X - q Frequenza (x Hz) Potenziale (mV)

18 = 620 nm = c / = 4.8 x Hz V = 104 mV Frequenza (x Hz) Potenziale (mV)

19 = 520 nm = c / = 5.8 x Hz V = 496 mV Frequenza (x Hz) Potenziale (mV)

20 = 470 nm = c / = 6.4 x Hz V = 741 mV Frequenza (x Hz) Potenziale (mV)

21 Frequenza (x Hz) Potenziale (mV) = 200 nm = c / = 15 x Hz V = 4306 mV

22 V estrazione = 1894 mV soglia = Hz Frequenza (x Hz) Potenziale (mV) V = m - q V = (h/e) - (W/e) V= m - q è una relazione lineare =0 V estrazione V=0 soglia

23 V=0 soglia = W / h = (W / e) (e / h) = V estrazione (e / h) Quindi, sapendo che e = 1.6 x coulomb, h = 6.62 x joule x sec, e che V estrazione per questo metallo vale circa 1.9 volt, si ottiene una frequenza di soglia soglia = 4.6 x Hz Cioè: soglia = 652 nm Solo i fotoni con lunghezza donda inferiore a 652nm sono in grado di estrarre elettroni dal cesio.

24 Modello di Thomson Nel 1898 Thomson formulò il primo modello atomico. Elettroni immersi in un sottofondo di carica positiva uniformemente distribuita

25 Modello di Rutherford Nel 1909 modello di Thomson in crisi: Rutherford evidenzia lesistenza del nucleo dellatomo

26 Il moto dellelettrone è il risultato dellequilibrio tra forza centrifuga e forza di attrazione elettrostatica: Energia dellelettrone (en. cinetica + en. potenziale elettrica): Secondo la teoria classica lorbita di un elettrone in un atomo dovrebbe decadere per emissione di radiazione elettromagnetica Inoltre, i livelli energetici dellelettrone sono infiniti e questo non permetteva di spiegare gli spettri a righe

27 Modello di Bohr Nel 1913 Bohr sviluppa un modello partendo da: Rutherford + teoria quantistica maturata da Planck

28 Condizione di quantizzazione del momento angolare: Con n=1,2,3,… Costante di Planck Elevando al quadrato:

29 Raggi orbite permesse! Es.: Z=1, n=1 si ottiene r 1 =5.29· m raggio di Bohr

30 Dalla quantizzazione del momento angolare derivano la quantizzazione di r e di E Energia di legame dellelettrone

31 Seconda ipotesi di Bohr: quando un elettrone passa da uno stato eccitato allo stato fondamentale lenergia viene emessa sotto forma di pacchetti: Frequenza e lunghezza donda dellenergia emessa dallatomo quantizzate Questo permetteva di spiegare la formazione delle righe spettrali

32 Lesperimento (1914) conferma lipotesi di Bohr Esperimento di Frank e Hertz

33 Alla d.d.p. di 6 V la corrente cade a 0. Picchi di corrente a ca. 4.9 V, 9.8 V, 14.7 V, ecc. Un atomo di Hg in uno stato eccitato torna allo stato fondamentale emettendo radiazione alla lunghezza donda di nm, che corrisponde ad unenergia di : cioè ~5 eV Latomo assorbe energia per quantità discrete

34 Formula di Rydberg-Ritz Sperimentalmente, righe emesse dallidrogeno o dagli idrogenoidi raggruppate in serie con frequenze ben rappresentate dalla formula di Rydberg-Ritz (1890): dove R è una costante (per lidrogeno R 3.29·10 15 Hz), Z è il numero atomico e m e n due numeri naturali con n > m.

35 Ma il modello di Bohr dice che: dove si è posto Z =1 per latomo di idrogeno. Ponendo m =1, n =2,3,4… si ottiene la serie di Lyman (ultravioletto). Ponendo m =2, n =3,4,5… si ottiene la serie di Balmer (visibile). Ponendo m =3, n =4,5,6… si ottiene la serie di Paschen (infrarosso). m =4, n =5,6,7 serie di Brackett m =5, n =6,7,8 serie di Pfund

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37 Caso m=2: n=3 =4.57·10 14 Hz da cui =656.3 nm, ossia H. n=4 H ( =486.1 nm) n=5 H ( =434.1 nm) n=6 H ( =410.2 nm)

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39 Regioni HII

40 Il Sole in H


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