Obbiettivi del Progetto “Lauree Obbiettivi del Progetto “Lauree Scientifiche”: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: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 PlanckEffetto fotoelettrico e misura della costante di PlanckObbiettivi e concetti importanti: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: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 fotoelettricoIntroduzione 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: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?
Lampada a vapori di Hgprisma
Schema dell’apparato sperimentaleSchema dell’apparato sperimentale
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.
attenuatore
Misura della Energia cinetica massima degli elettroni fotoemessi dal catodo in funzione della frequenza e intensita` della luce :
W - eΔV
eΔV
eΔV
Kmax
ΔV >0
Fotoemissione, energia cinetica massima e potenziale di arresto
Kmax = E(luce) – W
ΔV <0ΔV <0
EE
Etot
L’energia ceduta agli elettroni dipende dall’intensita’ luminosa?
3.5x10-10
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
Inten
sità d
i Cor
rente
(A)
2520151050Potenziale (V)
No, il potenziale di arresto non dipende dall’intensita’ luminosa
3.5x10-10
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
Inte
nsità
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Stab
ile (A
)
87654321Spessore del Filtro (mm)
Corrente di saturazione vs intensita luminosa
Int
ensi
tà d
i Cor
rent
e (n
A)
121086420
Potenziale (V)
Ek=h
L’energia ceduta agli elettroni dipende dalla frequenza?
Si, e’ direttamente proporzionale alla frequenza E Ekk=h=h-W-Wh=6.6x10-34 J s
Se illuminiamo un campione con luce di energia opportuna (raggi X), possiamo fotoemettere anche gli elettroni piu' legati.
• 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
Dai fondamenti alla ricerca:Dai fondamenti alla ricerca:Spettroscopia di fotoemissioneSpettroscopia di fotoemissione
SPETTRO di FOTOEMISSIONE: numero di elettroni emessi in funzione della loro energia