Principi fisici di conversione avanzata (Energetica L.S.)

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1 Principi fisici di conversione avanzata (Energetica L.S.)
G.Mazzitelli ENEA Prima Lezione

2 Forze fondamentali Forza gravitazionale (Moto dei corpi celesti, meccanica newtoniana) Forza elettromagnetica (Equazioni di Maxwell)

3 Effetto fotoelettrico

4 Effetto fotoelettrico
Esperimento Ecinetica max è indipendente dalla intensità della radiazione L’effetto fotoelettrico dipendente dalla frequenza Il primo elettrone è emesso istantaneamente Fisica classica Ecinetica max proporzionale alla intensità della radiazione (I) L’effetto fotoelettrico è indipendente dalla frequenza Il primo elettrone dovrebbe essere emesso per t>sec La risposta fu proposta da Einstein il quale propose che la luce avesse una natura corpuscolare: i fotoni particelle di massa zero che viaggiano alla velocità della luce ed hanno una energia pari a E=hν h è la costante di Planck h=6.623x J .s

5 Diffrazione degli elettroni
fotoni elettroni

6 Diffrazione degli elettroni
La spiegazione di questo esperimento è solamente possibile assumendo che le particelle hanno una natura ondulatoria la cui lunghezza d’onda detta di De Broglie

7 Prima Lezione I costituenti nucleari
Le dimensione e la forma dei nuclei Le masse nucleari e le energie di legame La forza nucleare Il decadimento radioattivo Leggi di conservazione nel decadimento radioattivo Il decadimento alfa Il decadimento beta Il decadimento gamma La radioattività naturale

8 Struttura dell’atomo Ogni atomo composto da un nucleo centrale che contiene la maggior parte della massa (99,9%) e da una nuvola elettronica intorno al nucleo. Il nucleo ha una carica elettrica positiva pari alla carica elettrica negativa degli elettroni per cui il nucleo è neutro. Il nucleo è composto da due tipi di particelle: i protoni e i neutroni.Protoni e neutroni sono chiamati anche nucleoni

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10 Protoni Neutroni Elettroni
I protoni hanno carica positiva pari alla carica elementare e= C e massa pari a mp= Kg I neutroni sono neutri e hanno massa pari a mn = Kg lievemente superiore a quella dei protoni. Gli elettroni hanno carica negativa pari alla carica elementare e= C e massa pari a me= Kg

11 L’atomo Il numero dei protoni è uguale a quello degli elettroni e si indica con Z (numero atomico) Il numero Z identifica l’elemento e conseguentemente determina le proprietà chimiche. La somma del numero di protoni e neutroni si indica con A (numero di massa)

12 L’atomo mp/memn/me= Come detto la massa è quasi tutta nel nucleo. Esistono nuclei con lo stesso Z e diverso A. Si dice che per ogni elemento vi sono diversi isotopi. Raggio degli atomi: 0.050.2nm;

13 L’atomo Nella fisica nucleare è importante conoscere e specificare bene i differenti isotopi per cui un isotopo e identificato dal simbolo chimico X ( da cui si ha Z) e dal numero di massa A , il numero di neutroni sarà allora N=A-Z AX Attenzione il numero di massa A non identifica la massa del nucleo ma il numero di nucleoni

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15 Alcuni esempi Z=A-N=92 ovverosia l’uranio 235U
L’idrogeno 1H ha due isotopi il Deuterio (D) 2H e il Trizio (T) 3H Quale l’elemento che ha un isotopo con numero di massa A=235 e che contiene nel nucleo 143 neutroni ? Z=A-N=92 ovverosia l’uranio 235U

16 Il nucleo 12C 70Ge 209Bi La maggior parte dei nuclei hanno una forma quasi sferica con una densità di carica nucleare piuttosto piatta Nuclear density r(fm)

17 La lunghezza 1.0 X10-15 m è 1 femtometer (fm) o 1 fermi
Il nucleo costante = ≈ A πR3 4 3 Numero di protoni e neutroni Volume del nucleo A ∞ R3 R=R0A1/3 R0 è determinato sperimentalmente ed è ≈ 1.2 X10-15 m Raggio dei nuclei: 17fm La lunghezza 1.0 X10-15 m è 1 femtometer (fm) o 1 fermi

18 Esercizio Calcoliamo la densità e la massa risultante di un nucleo che abbia un ipotetico raggio di 1cm La massa di una sfera di raggio 1 Km della nostra materia !