Obbiettivi del Progetto “Lauree Scientifiche”: orientare alla scelta del corso di laurea • promuovere la fisica (della materia) • rafforzare i contatti e la collaborazione con i docenti della scuola secondaria, Percorsi didattici: Sviluppati in collaborazione con alcuni insegnanti delle Scuole Medie Superiori Coinvolgono direttamente gli studenti in esperimenti riguardanti le proprietà micro- e nanoscopiche della materia ed i meccanismi di base dell’interazione fra quest’ultima, la radiazione luminosa e gli elettroni. Spiegano e illustrano: basi fisiche del fenomeno principi di funzionamento di alcuni degli strumenti e tecniche di indagine più utilizzati nella attuale ricerca scientifica in fisica della materia Modalita`: Diversi percorsi per diverse classi (biennio/triennio - tecnici/licei) percorso fruito dall’intera classe Stage (2-4 studenti)

Effetto fotoelettrico e misura della costante di Planck Obbiettivi e concetti importanti: Interazione fra luce e materia Fotone e quantizzazione dell’energia (costante di Planck) Livelli energetici (bande nei solidi) Esempio di raccolta ed analisi dati (uso di grafici cartesiani, interpolazione dati, determinazione di cost. di proporzionalità) in un esperimento ‘sofisticato’ Introduzione a tecniche di indagine dei materiali: spettroscopia di fotoemissione Prerequisiti/concetti ribaditi: energia cinetica, potenziale, totale; grafici dell’energia circuiti elettrici elementari: corrente, potenziale e loro misura cenni alla natura ondulatoria della luce (frequenza e colore) e alle proprieta` elettroniche dei solidi (funzione lavoro)

Introduzione all’effetto fotoelettrico Osservazione sperimentale (Hertz – Lennard primi del ‘900): Illuminando una superficie metallica, essa emette elettroni, che possono essere misurati sotto forma di corrente. Nel solido, gli elettroni sono legati ai nuclei atomici per ‘liberarli’ devo fornire loro energia. La luce fornisce l’energia necessaria: STUDIO DELL’INTERAZIONE FRA RADIAZIONE E MATERIA DOMANDE: Quanto vale l’energia fornita dalla luce al singolo elettrone e da che cosa dipende? Possiamo usare questo fenomeno per studiare le proprieta` degli elettroni nei solidi?

Schema dell’apparato sperimentale Lampada a vapori di Hg prisma attenuatore Misura della Energia cinetica massima degli elettroni fotoemessi dal catodo in funzione della frequenza e intensita` della luce : Fra catodo e anodo si applica una differenza di potenziale ΔV: Misura della corrente fotoemessa al variare di ΔV Potenziale di arresto: valore di ΔV per il quale la corrente si annulla Correnti misurate sono ~ nA: occorre uno strumento sofisticato.

Fotoemissione, energia cinetica massima e potenziale di arresto ΔV <0 Kmax eΔV eΔV ΔV <0 Etot - eΔV ΔV >0 W Kmax = E(luce) – W

No, il potenziale di arresto non dipende dall’intensita’ luminosa L’energia ceduta agli elettroni dipende dall’intensita’ luminosa? Corrente di saturazione vs intensita luminosa No, il potenziale di arresto non dipende dall’intensita’ luminosa

Si, e’ direttamente proporzionale alla frequenza Ek=hn-W L’energia ceduta agli elettroni dipende dalla frequenza? Si, e’ direttamente proporzionale alla frequenza Ek=hn-W h=6.6x10-34 J s

Dai fondamenti alla ricerca: Spettroscopia di fotoemissione Negli atomi gli elettroni hanno energie di legame diverse Gli elettroni piu' fortemente legati si trovano su livelli energetici discreti, la cui energia e` tipica di ciascun elemento: impronta digitale Se illuminiamo un campione con luce di energia opportuna (raggi X), possiamo fotoemettere anche gli elettroni piu' legati. SPETTRO di FOTOEMISSIONE: numero di elettroni emessi in funzione della loro energia