L’ ATOMO E I QUANTI DI ENERGIA Laboratorio estivo di fisica moderna Università cattolica di brescia 15-17 luglio 2013 Presentazione di: Federica Airoldi, Chiara Avigo, Giulia Vittoria Facchetti, Jacopo Giordano, Claudia Maggialetti.

LA TEORIA ATOMICA GLI ALBORI: L’ ATOMO COME PARTICELLA INDIVISIBILE 470-380 A.C. DEMOCRITO I SEMI DELLA MATERIA: PARTICELLE INFINITAMENTE PICCOLE, IMMUTABILI, INDIVISIBILI 1808 DALTON PRIMO MODELLO ATOMICO BASATO SULLE LEGGI PONDERALI.

1897 JOSEPH THOMSON Plum pudding model Teorizzazione delle particelle subatomiche e della complessiva neutralità e stabilità dell’atomo Individuazione di particelle cariche negativamente: la scoperta dell’ elettrone Plum pudding model

Esperimento di Thomson OBIETTIVO: misurare il rapporto tra la carica dell’elettrone e la sua massa ( e/m ) 𝑚 𝑣 2 𝑟 =𝑒𝑣𝐵 𝒆 𝒎 = 𝒗 𝑩𝒓 𝐹 =𝑒 𝑣 × 𝐵 𝐹 =𝑚𝑎 𝑣= 2𝑒𝑉 𝑚 ma 𝑬 =𝒆𝑽 = 1 2 𝑚 𝑣 2 𝒆 𝒎 = 𝟐𝑽 𝑩 𝟐 𝒓 𝟐 𝑒 𝑚 = 2𝑒𝑉 𝑚 𝐵𝑟 𝑒 2 𝑚 2 = 2𝑒𝑉 𝑚 𝐵 2 𝑟 2 quindi 𝑟 = 𝑟 𝑠𝑥 + 𝑟 𝑑𝑥 2 𝑩=𝑰𝒌 con 𝑘 =7,80× 10 −4 T/A

scala graduata bulbo di vetro bobine di Helmholtz manopola per l’intensità tester generatore di corrente

Valore teorico previsto: 𝟏,𝟕𝟔× 𝟏𝟎 𝟏𝟏 𝑪 𝒌𝒈

Il valore medio di e/m ricavato dall’esperimento è: 𝟐,𝟗𝟕𝟑𝟗𝟕𝒙 𝟏𝟎 𝟏𝟏 𝑪 𝒌𝒈 La semi dispersione massima è pari a: 1,17166𝒙 𝟏𝟎 𝟏𝟏 𝑪 𝒌𝒈 I valori ottenuti dall’esperimento si discostano da quello comunemente accettato a causa di alcuni errori dovuti a: Errata lettura dello strumento ( parallasse) Strumentazione ( focalizzazione del fascio elettronico )

RELAZIONE TRA I E 1/R CON V COSTANTE

RELAZIONE TRA 𝑹 𝟐 E V CON I COSTANTE

1909 ERNEST RUTHERFORD Modello planetario Direzione dell’ esperimento di Geiger e Marsden Confutazione del modello a panettone Teorizzazione del neutrone e della concentrazione delle cariche positive e neutre nel volume nucleico Formulazione dell’ ipotesi sulla rotazione delle cariche negative attorno al nucleo Modello planetario

Esperimento di Rutherford OBIETTIVO: dimostrare la validità del suo modello planetario smentendo le teorie di Thomson

picco della curva 𝑵 𝜽 =𝒌 𝒁 𝟐 𝒔𝒊𝒏 𝟒 𝜽 𝟐 angolo conteggi/sec -12 1,4388 -10 2,8 -8 5,9 -6 10,0666 -4 14,9777 -2 16,4777 14,1777 2 9,8777 4 6,5777 6 3,3555 8 1,5777 10 0,6583 12 0,3555 𝑵 𝜽 =𝒌 𝒁 𝟐 𝒔𝒊𝒏 𝟒 𝜽 𝟐 picco della curva

picco della curva 𝑵 𝜽 =𝒌 𝒁 𝟐 𝒔𝒊𝒏 𝟒 𝜽 𝟐 angolo conteggio/sec -10 0,6166 -7 7,6166 -4 27,8 -2 27,3666 14,5 2 5,7 4 0,8333 10 0,0444 𝑵 𝜽 =𝒌 𝒁 𝟐 𝒔𝒊𝒏 𝟒 𝜽 𝟐 picco della curva

Nascita della meccanica quantistica 1913 NIELS BOHR Confutazione del modello planetario in relazione alle leggi di Maxwell Formulazione del principio di complementarietà  principio di indeterminazione di Heisenberg Teorizzazione delle orbite quantizzate Nascita della meccanica quantistica

Esperimento di Bohr 𝝀 =𝒅 𝐬𝐢𝐧 𝝑 𝝀: lunghezza d’onda OBIETTIVO: misurare la lunghezza d’onda degli spettri di luce derivanti dall’eccitazione di un gas rarefatto, dunque confrontarle con i valori teorici 𝝀 =𝒅 𝐬𝐢𝐧 𝝑 𝝀: lunghezza d’onda 𝒅: spaziatura linee del reticolo, pari a 1666 nm 𝝑: angolo di diffrazione

Reticolo di diffrazione Rilevatore di intensità Lente Lampada a scarica Fenditura Reticolo di diffrazione Rilevatore di intensità Lente ERRORI: riflesso del computer : fenditura forse troppo spessa luci collaterali larga fascia di intensità

NEON 𝝀:𝟔𝟏𝟕 𝝀:𝟓𝟔𝟑 𝝀:𝟔𝟕𝟏

ARGON 𝝀:+++ 𝝀:𝟔𝟔𝟕

IDROGENO 𝝀:𝟔𝟒𝟓

ELIO 𝝀:𝟓𝟖𝟎 𝝀:+++