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LABORATORIO ESTIVO DI FISICA MODERNAUNIVERSITÀ CATTOLICA DI BRESCIA
15-17 LUGLIO 2013
L’ ATOMO E I QUANTI DI ENERGIA
Presentazione di:Federica Airoldi, Chiara Avigo, Giulia Vittoria Facchetti, Jacopo Giordano, Claudia Maggialetti.
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LA TEORIA ATOMICA
GLI ALBORI: L’ ATOMO COME PARTICELLA INDIVISIBILE
470-380 A.C. DEMOCRITOI SEMI DELLA MATERIA: PARTICELLE INFINITAMENTE
PICCOLE, IMMUTABILI, INDIVISIBILI
1808 DALTON
PRIMO MODELLO ATOMICO BASATO SULLE LEGGI PONDERALI.
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1897JOSEPH THOMSON
• Teorizzazione delle particelle subatomiche e della complessiva neutralità e stabilità
dell’atomo• Individuazione di particelle cariche
negativamente: la scoperta dell’ elettrone
Plum pudding model
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Esperimento di ThomsonOBIETTIVO: misurare il rapporto tra la carica dell’elettrone e la sua massa ( e/m )
�⃗�=𝑒 �⃗�× �⃗� 𝐹=𝑚𝑎 𝑚 𝑣2
𝑟=𝑒𝑣𝐵
ma
𝒆𝒎
=𝒗𝑩𝒓
𝑣=√ 2𝑒𝑉𝑚𝑒𝑚
=√ 2𝑒𝑉𝑚𝐵𝑟
𝑒2
𝑚2=
2𝑒𝑉𝑚𝐵2𝑟 2
con T/A 𝑟=𝑟 𝑠𝑥+𝑟 𝑑𝑥
2
quindi
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scala graduata
bobine di Helmholtz
bulbo di vetro
tester
generatore di corrente
manopola per l’intensità
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V I rsx rdx e/m
276 0,965 5,2 3,8 4,81455E+11282 1,35 3,7 3,5 3,92738E+11283 0,99 4,3 4,6 4,79648E+11188 0,99 4,8 4,5 2,91815E+11291 1,22 4,8 4,3 3,10654E+11291 1,38 4,7 4 2,65633E+11291 1,64 4 3,2 2,74617E+11291 1,8 3,8 2,9 2,6326E+11291 1,33 4,9 4 2,73273E+11291 1,42 4,7 3,7 2,69119E+11264 1,21 5 4,5 2,62889E+11264 1,34 4,5 3,7 2,87709E+11264 1,56 4,5 3,1 2,47123E+11264 1,48 4,6 3,4 2,47792E+11264 1,24 5,2 4,2 2,55677E+11264 1,87 3,3 2,6 2,85367E+11228 1,39 4,3 3,4 2,61885E+11228 1,18 4,8 4,2 2,65994E+11228 1,03 5 4,6 3,06835E+11228 0,91 4,5 5,1 3,93094E+11228 1,44 4,2 3,2 2,642E+11199 1,21 3,9 3,6 3,17941E+11199 1,17 4,4 4,2 2,58625E+11199 1,1 4,6 4,4 2,67159E+11218 1,39 3,9 3,7 2,57031E+11218 1,2 4,5 4 2,75704E+11218 1,08 4,7 4,8 2,72489E+11
Valore teorico previsto:
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Il valore medio di e/m ricavato dall’esperimento è:
La semi dispersione massima è pari a: 1,17166
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 )
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R I 1/RV 252 5,3675 4,75 1,13 21,05263
5,46 4,55 1,2 21,978025,4735 4,45 1,23 22,47191
5,44 4,25 1,28 23,529415,3325 3,95 1,35 25,316465,313 3,85 1,38 25,974035,18 3,5 1,48 28,57143
RELAZIONE TRA I E 1/R CON V COSTANTE
1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.615
17
19
21
23
25
27
29
31
f(x) = 21.9938049617991 x − 4.30714988979849R² = 0.986595070420159
Corrente I (A)
1/R (1/m)
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RELAZIONE TRA E V CON I COSTANTE
R V R 2̂I 1.24 4,65 279 21,6225
4,55 269 20,70254,45 256 19,80254,4 243 19,36
4,05 230 16,40254,1 218 16,81
3,75 201 14,0625
175 195 215 235 255 275 29510
12
14
16
18
20
22
24
f(x) = 0.0941284075696726 x − 4.41132560545211R² = 0.947520317884279
Tensione V (V)
R2 (m2)
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1909ERNEST RUTHERFORD
• 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
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Esperimento di RutherfordOBIETTIVO: dimostrare la validità del suo modello planetario smentendo le teorie di Thomson
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angolo conteggi/sec-12 1,4388-10 2,8
-8 5,9-6 10,0666-4 14,9777-2 16,47770 14,17772 9,87774 6,57776 3,35558 1,5777
10 0,658312 0,3555
picco della curva𝑵 𝜽=𝒌 𝒁𝟐
𝒔𝒊𝒏𝟒 𝜽𝟐
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angolo conteggio/sec-10 0,6166
-7 7,6166-4 27,8-2 27,36660 14,52 5,74 0,8333
10 0,0444
picco della curva𝑵 𝜽=𝒌 𝒁𝟐
𝒔𝒊𝒏𝟒 𝜽𝟐
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1913NIELS 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
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Esperimento di BohrOBIETTIVO: misurare la lunghezza d’onda degli spettri di luce derivanti dall’eccitazione di un gas rarefatto, dunque confrontarle con i valori teorici
𝝀=𝒅𝐬𝐢𝐧𝝑
• : lunghezza d’onda• spaziatura linee del
reticolo, pari a 1666 nm • : angolo di diffrazione
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1. Lampada a scarica2. Fenditura3. Reticolo di diffrazione4. Rilevatore di intensità5. Lente
ERRORI: riflesso del computer : fenditura forse troppo spessa luci collaterali larga fascia di intensità
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NEON
𝝀 :𝟓𝟔𝟑
𝝀 :𝟔𝟏𝟕
𝝀 :𝟔𝟕𝟏
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ARGON
𝝀 :𝟔𝟔𝟕 𝝀 :+++¿
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IDROGENO
𝝀 :𝟔𝟒𝟓
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ELIO
𝝀 :𝟓𝟖𝟎
𝝀 :+++¿