Onde e particelle: la luce e l’elettrone

La luce Modello ondulatorio: la luce (o, più in generale, la radiazione elettromagnetica) è formata da onde elettromagnetiche che si propagano in linea retta con una velocità (c) pari a 2.9979 x 108 m s-1 nel vuoto

Data un direzione di propagazione esistono un campo elettrico e un campo magnetico ortogonali fra loro e alla direzione di propagazione. Le intensità dei due campi hanno andamento sinusoidale (onda) in fase fra loro.

Lunghezza d’onda l = tratto corrispondente all’intero ciclo di valori Frequenza n = numero di volte per secondo in cui il vettore assume l’intero ciclo di valori n (Hz) = c (m s-1)/ l (m)

Diffrazione della luce visibile da parte di un prisma e spettro della luce.

Spettro delle radiazioni elettromagnetiche by Andreas Kamlowski

Relazione fra energia e frequenza E = hn h = costante di Planck 6.62 x 10-34 J s E

Fotoni Alcuni fenomeni si possono spiegare solo assumendo che la luce sia costituita da particelle dette fotoni con massa m ed energia E = hn.

Natura dualistica della luce L'equazione di Planck L'equazione di Einstein

Quantizzazione dell’energia della radiazione elettromagnetica L'equazione di Planck Costante di Planck h= 6.62610-34 Js L’energia delle onde elettromagnetiche associata ai processi di assorbimento/emissione è quantizzata. La radiazione di ogni determinata lunghezza d’onda (o frequenza) può trasportare solo determinate quantità di energia.

Effetto fotoelettrico Estrazione di elettroni da un metallo per effetto di una illuminazione con luce di frequenza opportuna (> di un valore di soglia caratteristico del corpo irradiato). Secondo le leggi dell’elettromagnetismo classico questa soglia non dovrebbe esistere. Einstein: energia associata a fotoni con energia E = h L’elettrone assorbe l’intero quanto di energia, una parte viene utilizzata per separarsi dal solido (lavoro di estrazione), il resto si manifesta sottoforma di energia cinetica.

E = mc2 = hn l = c / n l = h / mc = h/mv (con v = velocità) Per i fotoni: E = mc2 = hn l = c / n l = h / mc Per un qualsiasi corpo in movimento: Relazione di de Broglie = h/mv (con v = velocità)

Palla da 1 kg che si muove alla velocità di 6 m s-1 Nel mondo macroscopico, gli oggetti hanno m grande L’aspetto ondulatorio è del tutto trascurabile poichè le lunghezze d’onda che si possono calcolare sono piccole Es. Palla da 1 kg che si muove alla velocità di 6 m s-1 = h/mv = 6.62 x 10-34 J s/(1 kg x 6 m s-1) = 6.62 x 10-34 kg m2 s-1/ 6 kg m s-1 1x 10-34 m

L’elettrone ha invece una massa molto piccola (9.1094 x 10-31 kg) L’elettrone ha proprietà ondulatorie come la luce

Per saperne di più: - Nel mondo dei quanti, Le Scienze, Agosto 2011 - Robert Gilmore. Alice nel mondo dei quanti. Le avventure della fisica. Universale Economica Feltrinelli.