La natura duale della luce Enrico Maria Corsini Dipartimento di Astronomia Università di Padova Lezione III del progetto educativo per le scuole superiori Il cielo come laboratorio Liceo Curiel Padova A.S. 2004-2005

Sommario Cenni storici Principio di Huygens e interferenza (luce come onda) Effetto fotoelettrico (luce come corpuscolo)

lunghezza d’onda  ampiezza A distanza dalla sorgente

Principio di Huygens onda sferica onda piana

Interferenza

interferenza costruttiva interferenza distruttiva

P A  d (gradi):(rad)=360:2 (gradi)  (rad)= ----------- 180 d sin   d  B

Si ha un massimo (=interferenza costruttiva) quando 0 1 2 Si ha un massimo (=interferenza costruttiva) quando d  = m  con m=0,1,2,3,…

P ymax  L L tan  = ymax tan    L  = ymax ymax = L / 

L>>d (= lo schermo è all’infinito)  = 

Calcoliamo la posizione dei massimi d  = m  con m=0,1,2,3,… ymax = L /   =  m  L ymax = ---------- con m=0,1,2,3,… d

P A  d d sin   d  B

Si ha un minimo (=interferenza distruttiva) quando (1/2) (3/2) (5/2) Si ha un minimo (=interferenza distruttiva) quando d  = (m+1/2)  con m=0,1,2,3,…

P ymin  L L tan  = ymin tan    L  = ymin ymin = L / 

Calcoliamo la posizione dei minimi d  = (m+1/2)  con m=0,1,2,3,… ymin = L /   =  (m+1/2)  L ymin = ------------------ con m = 0,1,2,3,… d

m  L ymax = ---------- con m=0,1,2,3,… d (m+1/2)  L ymin = ------------------ con m = 0,1,2,3,… d Esperienza: Interferenza a due fenditure

La posizione dei massimi è: m  L ymax = ---------- con m=0,1,2,3,… d se  cresce (diminuisce) allora ymax cresce (diminuisce) se d cresce (diminuisce) allora ymax diminuisce (cresce) (analogamente per la posizione dei minimi)

Effetto fotoelettrico luce (frequenza > soglia fotoelettrica) elettroni (= corrente) Metallo (Zn, K, Li, …)

Eelettrone = Efotone – Eestrazione Si ha corrente se Eelettrone >0 cioè se Efotone – Eestrazione > 0 e quindi Efotone > Eestrazione Non si ha corrente se Eelettrone  0 cioè se Efotone – Eestrazione  0 e quindi Efotone  Eestrazione Riscriviamo Eelettrone = Efotone – Eestrazione come Ee = h - W

Esperienza: Effetto fotoelettrico

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

V = (h/e)  - (W/e) V= m  - q è una relazione lineare cioè una retta del tipo Y = m X - q

 = 620 nm  = c/  = 4.8 1016 Hz V = 104 mV

 = 520 nm  = c/  = 5.8 1016 Hz V = 496 mV

 = 470 nm  = c/  = 5.8 1016 Hz V = 741 mV

 = 200 nm  = c/  = 15 1016 Hz V = 4306 mV

V = m  - q Vestrazione = 1400 mV soglia = 4.6 1016 Hz