 IL CAMPO MAGNETICO; IL CAMPO MAGNETICO  LE ESPERIENZE DI ØERSTED E FARADAY; LE ESPERIENZE DI ØERSTED E FARADAY  FORZA DI LORENTZ; FORZA DI LORENTZ.

Presentazione sul tema: " IL CAMPO MAGNETICO; IL CAMPO MAGNETICO  LE ESPERIENZE DI ØERSTED E FARADAY; LE ESPERIENZE DI ØERSTED E FARADAY  FORZA DI LORENTZ; FORZA DI LORENTZ."— Transcript della presentazione:

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2  IL CAMPO MAGNETICO; IL CAMPO MAGNETICO  LE ESPERIENZE DI ØERSTED E FARADAY; LE ESPERIENZE DI ØERSTED E FARADAY  FORZA DI LORENTZ; FORZA DI LORENTZ  LEGGE DI BIOT-SAVAR; LEGGE DI BIOT-SAVAR  LEGGE DI AMPERE; LEGGE DI AMPERE  LEGGE DI LENZ E IL VERSO DELLA CORRENTE INDOTTA; LEGGE DI LENZ E IL VERSO DELLA CORRENTE INDOTTA  CIRCUITO RC; CIRCUITO RC  MAXWELL; MAXWELL  TRASFORMAZIONI DI LORENTZ; TRASFORMAZIONI DI LORENTZ  RELATIVITA’ RISTRETTA; RELATIVITA’ RISTRETTA  SPAZIO DI MINKOWSKI; SPAZIO DI MINKOWSKI  RELATIVITA’ GENERALE; RELATIVITA’ GENERALE  ERNST MACH; ERNST MACH  ESPERIMENTI; ESPERIMENTI  PRINCIPIO DI EQUIVALENZA; PRINCIPIO DI EQUIVALENZA  PRINCIPIO DI RELATIVITA’ GENERALE; PRINCIPIO DI RELATIVITA’ GENERALE  MECCANICA QUANTISTICA; MECCANICA QUANTISTICA

3  EINSTEIN E L’EFFETTO FOTOELETTRICO; EINSTEIN E L’EFFETTO FOTOELETTRICO;  DE BROGLIE; DE BROGLIE;  L’ATOMO DI BOHR; L’ATOMO DI BOHR;  HEISENBERG E IL PRINCIPIO DI INDETERMINAZIONE; HEISENBERG E IL PRINCIPIO DI INDETERMINAZIONE;  CHIMICA QUANTISTICA; CHIMICA QUANTISTICA;  MAX PLANK; MAX PLANK;  EFFETTO COMPTON; EFFETTO COMPTON;  ENGLISH PHYSIC; ENGLISH PHYSIC;  LA FISICA NEL WEB. LA FISICA NEL WEB.  DUALISMO ONDA-PARTICELLA; DUALISMO ONDA-PARTICELLA;  L’EFFETTO FOTOELETTRICO; L’EFFETTO FOTOELETTRICO;

4 LA MAGNETITE: è un minerale ferroso con le più intense proprietà magnetiche esistenti in natura. Un corpo a contatto con la magnetite acquisisce la capacità di attrarre i metalli che tenderà a diminuire col trascorrere del tempo. Si chiamano sostanze FERROMAGNETICHE i materiali che possono essere magnetizzati. I poli magnetici si differenziano in polo Sud e polo Nord, essi generano un campo magnetico nello spazio circostante. Spostando il magnete si ottiene una traiettoria che prenderà il nome di linea di forza, in cui il vettore campo magnetico è tangente in ogni punto. Si chiamano sostanze PARAMAGNETICHE quelle attratte da un campo magnetico di una calamita (alluminio). Si chiamano sostanze DIAMAGNETICHE quelle che sono debolmente respinte da un campo magnetico di una calamita (rame). CRITERIO DI FARADAY: afferma che si designano linee più intense laddove il campo magnetico è più forte. Se le cariche elettriche sono ferme non si hanno fenomeni magnetici. Se le cariche sono in moto esse hanno anche una forza magnetica.

5  Nel primo caso il campo magnetico creato dell'ago è estremamente piccolo tanto da pensarsi nullo.L'esperienza dimostra che ogni volta che siamo in presenza di un flusso di carca elettrica questo è causa del generarsi di un campo magnetico  La seconda esperienza dimostra che così come due calamite poste ad una certa distanza interagiscono, se una carica fluisce in un conduttore il campo da essa generato interagisce col campo di un magnete generando una forza(in pratica la carica in movimento oltre a costituire la corrente elettrica si comporta come un magnete). Per definire il verso della forza si utilizza la regola della mano destra.  Due fili a contatto generano due campi magnetici che si influenzano l’un l’altro. Due fili paralleli si attraggono se sono attraversati da cariche dello stesso verso e si respingono se attraversati da cariche di verso diverso.

6 Se un campo magnetico esercita una forza su un conduttore percorso da corrente, è lecito pensare che ogni particella carica che si muove in un campo magnetico subisce una forza, poiché la corrente è costituita da cariche in movimento. Questa forza è la Forza di Lorentz, così detta dal nome del fisico olandese Hendrik Antoon Lorentz (1853- 1928), premio Nobel per la fisica nel 1902. Per calcolare l'intensità della forza di Lorentz partiamo dalla forza esercitata su un tratto di filo di lunghezza l percorso da una corrente I: Una particella con carica q che si muove in quel tratto di filo produce una corrente data dalla sua intensità di carica nell'unità di tempo, quindi: Se la particella si muove con velocità uniforme v, percorre un tratto l in un tempo t e la corrente si può scrivere: così l'intensità della forza di Lorentz diventa:

7 Regola della mano destra.

8 TEOREMA DI AMPERE: La circuitazione del vettore campo magnetico B effettuata lungo un qualsiasi cammino chiuso è uguale al prodotto del coefficiente di permeabilità magnetico per la sommatoria delle intensità concatenate.

9 Se la corrente circolasse in senso orario in un circuito, il campo magnetico indotto sarebbe rivolto nello stesso verso del campo magnetico generato da una calamita. Questo fa sì che il campo magnetico totale e la corrente indotta aumentino e generino un nuovo campo magnetico. Ciò non è possibile poiché aumenterebbe all’infinito la corrente. Tale situazione va in contrasto con il principio della conservazione dell’energia. La corrente deve scorrere in senso antiorario per contrastare l’aumento del campo magnetico generato dall’avvicinamento della calamita. Per questo motivo si utilizza il segno – nella legge di Faraday-Neumann. Corrente indotta

10 Il verso della corrente indotta è sempre tale da opporsi alla variazione del flusso magnetico che la genera. Formula: La variazione della corrente in un circuito elettrico genera una forza elettromotrice indotta nel circolo stesso. Questo fenomeno si chiama autoinduzione. La corrente, che prima era nulla, cresce rapidamente creando un campo magnetico sempre più intenso attraverso la superficie del circuito stesso; Così il flusso del campo magnetico attraversando il circuito aumenta e si genera una corrente indotta che, per la legge di Lenz, tende ad opporsi alla variazione di flusso che l’ha generata; L’effetto complessivo di queste due correnti che circolano contemporaneamente in versi opposti, è quello di rallentare la crescita della corrente nel circuito.

11 Esempio di circuito RC

12 Prima ipotesi di Maxwell: seguendo le idee di Faraday secondo le quali esiste una profonda unità tra campo elettrico e magnetico, Maxwell propose che, cosi come una variazione di flusso magnetico produce un campo elettrico, uno variazione di flusso elettrico possa produrre un campo magnetico. Seconda ipotesi di Maxwell: secondo questa ipotesi del processo di scarica di un condensatore, tra le armature che si stanno scaricando è come se circolasse una corrente detta corrente di spostamento. Essa produce tra le armature del condensatore un campo magnetico analogo a quello che produce la corrente elettrica nel filo che unisce le armature, secondo il teorema di Ampere.

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14 Le trasformazioni di Lorentz partono dalle trasformazioni galileiane, differendo però da queste ultime di un fattore gamma, noto come fattore di Lorentz. In pratica, attraverso queste equazioni, Lorentz, in collaborazione con Fitzegerald, ha cercato di giustificare il risultato negativo dell'esperimento di Michelson e Morley ipotizzando che i corpi che si muovono con velocità v rispetto all'etere subiscono una contrazione longitudinale dovuta a modificazioni temporanee strutturali della materia. Ricorda: l’etere è il sistema di riferimento inerziale assoluto, privilegiato, rispetto al quale le onde elettromagnetiche che si propagano con velocità costante.

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16 Assoluto: Relativo: -intervallo spazio-temporale; -la coordinata spaziale; -velocità della luce; -la coordinata temporale; -la lunghezza; -la distanza spaziale; -la distanza temporale; -la velocità; Il paradosso dei gemelli

17 Per il fatto che il tempo non è un invariante, Minkowski ideò una quadrupla di valori che nelle trasformazioni di coordinate tra due riferimenti inerziali rispetta le trasformazioni di Lorentz. Per queste considerazioni le coordinate di un punto-evento non si scrivono x, y, z, e t ma in realtà sono x, y, z, ct. Moltiplicando l’asse dei tempi per la velocità della luce come se fosse sottinteso che c=1, in questo modo si possono misurare posizioni e tempi con le stesse unità di misura.

18 Massa in movimento: è una grandezza variabile a seconda della velocità. Massa a riposo: è una caratteristica del corpo detta massa invariabile. Deve essere equiparabile a quella della luce. Fattore di Lorentz QUANTITA’ DI MOTO ENERGIA CINETICA

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20 Il fisico Mach suppose che l’inerzia di un corpo nasce dall’interazione con la materia dell’universo. Di conseguenza la massa è legata ad una forza come la massa gravitazionale è associata alla forza di gravità. CONSIDERZIONI DI EINSTEN: Partendo da Mach, Einstein capì che l’assumere uguali le due masse equivale ad assimilare un sistema uniformemente accelerato a un campo gravitazionale. «SE UNA PERSONA CADE LIBERAMENTE, NON HA PIU’ LASENSAZIONE DEL PROPRIO PESO.» ( Einstein 1907)

21 Ascensore a sinistra: se l’ascensore è fermo rispetto alla Terra, i corpi sono soggetti all’ accelerazione di gravità g. Ascensore a destra: se l’ascensore è in caduta libera nel campo gravitazionale, i corpi galleggiano nell’aria come se fossero privi di peso. Astronave a sinistra: se l’astronave si trova in una zona dello spazio a gravità trascurabile, i corpi al suo interno sono sospesi. Astronave a destra: se l’astronave ha un’accelerazione a= -g orientata verso l’alto, i corpi cadono sul pavimento. UN SISTEMA DI RIFERIMENTO NON INERZIALE E’ UGUALE AD UN CAMPO GRAVITAZIONALE.

22 Principio di equivalenza: tutti i sistemi di riferimento inerziali in un campo gravitazionale uniforme sono equivalenti ai sistemi di riferimento uniformemente accelerato in un campo gravitazionale nullo. Principio di relatività generale: le leggi della fisica assumono la stessa forma in relazione ad ogni sistema di riferimento. Un effetto della curvatura dello spazio-tempo è la formazione delle GEODETICHE che rappresentano le linee più brevi che uniscono due punti di uno spazio. La relatività ristretta prevede uno spazio-tempo ’’piatto’’, mentre quella generale lo considera come incurvato dalle masse.

23 Nel 1900 Plank introdusse l’idea che l’emissione e l’assorbimento d’energia elettromagnetica fossero quantizzate. Nel 1905 Einstein spiegò l’effetto fotoelettrico partendo dall’ipotesi che l’energia del campo elettromagnetico fosse trasportata da quanti di luce. Nel 1913 Bohr interpretò le linee spettrali dell’atomo di idrogeno attraverso una matrice stocastica, ricorrendo alla quantizzazione del moto orbitale dell’elettrone. Nel 1915 Sommerfield generalizzò i risultati ottenuti da Bohr. Nel 1924 Look de Broglie elaborò la teoria delle onde materiali secondo cui ai crepuscoli materiali possono essere associate proprietà ondulatorie. Nel 1925 Heisenberg formulò la meccanica delle matrici. Nel 1926 Schrodinger elaborò la meccanica ondulatoria. Nel 1922 Heisenberg formulò il principio di indeterminazione. Nel 1927 Dirac applicò alla meccanica quantistica la relatività ristretta.

24 Il nome ’’Meccanica Quantistica’’ venne dato da Max Plank e si basa sul fatto che alcune quantità di certi sistemi possono variare soltanto di alcuni valori descritti, chiamati quanti. Nella meccanica classica la luce è descritta solo come un’onda e l’elettrone solo come una particella mentre nella meccanica quantistica vengono descritte la radiazione e la materia sia come un fenomeno ondulatorio che come entità particellari. DUALISMO ONDA –PARTICELLA Questo fenomeno si riferisce al principio di complementarietà, secondo il quale, le particelle elementari come l’elettrone o fotone mostrano una duplice natura, sia corpuscolare che ondulatoria. EFFETTO FOTOELETTRICO Inizialmente la luce era considerata un’onda per cui la forza di espulsione degli elettroni sarebbe dovuta dipendere solo dall’intensità della luce e non dalla sua frequenza. Al variare dell’intensità cambiava soltanto il numero di elettroni espulsi, ma la velocità di espulsione degli elettroni restava invariata. Si trattava quindi di un fenomeno qualitativo e non quantitativo.

25 EINSTEIN E L’EFFETTO FOTOELETTRICO Einstein ipotizzò che la luce era una particella. Ogni ’’pacchetto di luce’’ possedeva energia che risultava essere proporzionale alla sua frequenza secondo la formula di Plank. Egli giustificò l’effetto fotoelettrico postulando l’esistenza di quanti di luce. In tale lavoro compariva un equazione che legava l’energia di un fotone E con la frequenza della luce v: E= hv

26 Atomo di Bohr Bohr spiegò perché soltanto certe radiazioni possono interagire con gli atomi e quale relazione intercorre tra radiazione luminosa e struttura atomica. Bohr perfezionò il modello di Rutherford e riuscì a spiegare la stabilità degli atomi. Se un fotone viene assorbito da un atomo cede tutta la sua energia a uno dei suoi elettroni. Caratteristiche dell’atomo di Bohr e di quello di De Broglie

27 HEISENBERG PRINCIPIO DI INDETEMINAZIONE Il principio di indeterminazione di Heisenberg fornisce la relazione tra la natura ondulatoria e corpuscolare delle particelle. Esso afferma che è impossibile ottenere con precisione esatta la completa determinazione dello spazio e del tempo. COME PALLE DA BILIARDO… Questo esperimento evidenziò che la radiazione uscente veniva deviata in tutte le direzioni e che la frequenza dell’energia in uscita era molto più piccola di quella del fascio in entrata. La spiegazione era che i fotoni urtassero contro gli elettroni della materia e, colpendoli, fossero deviati e perdessero energia. Si comportavano quindi come palline da biliardo.

28 LA CHIMICA QUANTISTICA Un orbitale atomico è una funzione d’onda che descrive il comportamento di un elettrone in un atomo. Secondo il principio di indeterminazione non è possibile conoscere simultaneamente posizione e quantità di moto di una particella come l’elettrone. MAX PLANK

29 L’EFFETTO COMPTON Nel 1923 il fisico americano A. H. Compton confermò sperimentalmente l'interpretazione quantistica e corpuscolare della radiazione elettromagnetica, dimostrando che l'urto tra un fotone ed un elettrone libero segue le note leggi di conservazione dell'energia e della quantità di moto.A. H. Compton Compton bombardò un blocco di grafite con un fascio monocromatico ben collimato di raggi X di lunghezza d'onda λ e misurò la lunghezza d'onda λ' del fascio diffuso in funzione dell'angolo di diffusione θ. I risultati sperimentali dimostrarono che il raggio diffuso aveva sempre una lunghezza d'onda maggiore del raggio incidente. Lo spostamento Compton Δλ = λ' - λ è legato all'angolo di diffusione θ dalla seguente relazione: Δλ = h / m 0 c (1 - cos θ) dove h è la costante di Plank, m 0 la massa a riposo dell'elettrone e c la velocità della luce

30 La lunghezza d'onda della radiazione diffusa può quindi variare da 0 fino ad un massimo di 2 h / m 0 c. Secondo la teoria classica il fascio diffuso avrebbe dovuto avere la stessa frequenza di quello incidente: gli elettroni della grafite avrebbero dovuto oscillare con la stessa frequenza dell'onda incidente ed emettere quindi una radiazione della identica frequenza. Compton spiegò che il fenomeno poteva essere interpretato pensando alla radiazione come un flusso di fotoni, ciascuno di energia E = h f, che urtano elasticamente, come palle da biliardo, contro gli elettroni liberi della grafite. Un fotone che urta contro un elettrone immobile, gli trasferisce energia e quantità di moto, cambiando direzione dopo l'urto. Poiché nella collisione parte dell'energia iniziale del fotone viene ceduta come energia cinetica all'elettrone, per la conservazione dell'energia, il fotone diffuso deve avere un'energia E' = h f' minore di quella iniziale e quindi una lunghezza d'onda λ' maggiore di quella iniziale. FOTONE-ELETTRONEELETTRONE ESPULSO

31 ENGLISH PHYSICS: RELATIVITY The observers in different inertial frames may measure different time intervals between a pair of events by considering a vehicle moving to the right with a speed v. We could dimostrate it with the theory of Relativity.

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34 Per la nostra presentazione di fisica abbiamo pensato di creare un sito web con Altervista per inserire diversi articoli riguardanti, ad esempio, la relatività. Siamo riuscite ad ottenere dei buoni risultati fin da subito, tanto che abbiamo ricevuto commenti positivi da vari visitatori. Vi alleghiamo il link di tale sito e speriamo che vi possa piacere e che apprezzerete questo collegamento tra fisica ed informatica! LA FISICA NEL WEB : http://iltaudellafisica.altervista.org/ PRESENTAZIONE SVOLTA DA: VALERIA CRISPO, BENEDETTA DE LISO, DOMENICA BALSAMO & MARIA DE ROSA.