Viaje con la NASA desde lo infinitamente grande hasta lo infinitamente pequeño
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE PERCORSO DI DIVULGAZIONE SCIENTIFICA PER...
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDEPERCORSO DI DIVULGAZIONE SCIENTIFICA
PER SPIEGARE IN MODO ELEMENTARE ED ACCESSIBILE A TUTTI COM' E' FATTO E COME
FUNZIONA IL MONDO FISICO
DAI QUARK AL DNA, DALLE STELLE ALLE GALASSIE,
DAL BIG BANG ALL' UNIVERSO ATTUALE ED OLTRE
RELATORE: PROF. ANTONINO CUCINOTTA
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
I
INTRODUZIONE ALLA STRUTTURA ATOMICADELLA MATERIA:
DAGLI ATOMI DI LEUCIPPO E DEMOCRITO
ALLA TEORIA ATOMICA DI
DALTON, AVOGADRO E CANNIZZARO
FONDATORI DELLA CHIMICA MODERNA
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CALCOLI IN NOTAZIONE SCIENTIFICA
MULTIPLI
10 = 10 1
100 = 10 x 10 = 102
1000 = 10 x 10 x 10 = 103 = Kilo, K
10000 = 10 x 10 x 10 x 10 = 104
100000 = 10 x 10 x 10 x 10 x 10 = 105
1000000 = 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 = 106 = Mega, M = 1000 K
10000000 = 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 = 107
100000000 = 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 = 109 = Giga, G = 1000 M
100000000 = 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 = 109 = Tera, T = 1000 G
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Sottomultipli
0,1 = 1/10 = 10-1 , deci , d
0,01 = 1/100 = 10-2 ,centi, c
0,001 = 1/1000 = 10-3 ,milli, m
0,000001 = 1/1000000 = 10-6 ,micro, μ
0,000000001 = 1/1000000000 = 10-9 ,nano, n
0,000000000001 = 1/1000000000000 = 10-12 , pico, p
0,000000000000001 = 1/1000000000000000 = 10-15 ,
femto,f
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ESEMPI
5 x 104 x 8 x10 -3 = 40 x 10(4 - 3) = 40 x 10 = 400
45,7 x 10-12 : 7,4 x 10-15 ≈ 6,175 x 10(-12 + 15) =
= 6,175 x 103
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ESEMPI
CALCOLO DEL TEMPO T IMPIEGATO DALLA LUCE SOLARE PER RAGGIUNGERE LA TERRA
d: distanza media Terra-Sole = 150000000 Km =c: velocità della luce nel vuoto = 300000 km/s
T = d/c = 150 x 106 / 3 x 105 = 50 x 10(6-5) secondi = =500 s = 500/60 minuti ≈ 8,33 minuti
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ESEMPI
1 ANNO LUCE (A. L.) =
= 300000 Km/s x 3600 x 24 x 365 =
= 3 x 105 x 86400 x 365 = 3 x 105 x 8,64 x 104 x 3,65 x 102 Km =
= 3 x 8,64 x 3,65 x 10 (5 + 4 + 2) Km ≈ 94,608 x 10 11 Km =
= 9,4608 x 1012 Km = 9460,8 x 109 Km = 9460,8 miliardi di Km
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ESEMPI
CARICA DELL' ELETTRONE e = 1,6 x 10-19 C (Coulomb)
Un ferro da stiro da 2000 W assorbe ,alimentato a 230 V,
una corrente con intensità I = 2000/230 ≈ 8,695 A (Ampere) = 8,695 Coulomb/s, che equivale allo spostamento lungo il filo di 8,695 : 1,6 x 10-19 ≈
≈ 54,343 x 1018 elettroni/secondo.
La corrente di 1 A = 1 Coulomb/secondo equivale allo spostamento di 1/1,6 x 10-19 ≈ 6,25 x 1018
elettroni/secondo
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ESEMPI
MASSA DEL PROTONE : Mp = 1,673 x 10-27 Kg
MASSA DELL' ELETTRONE Me = 0,91 x 10-30 Kg
IL PROTONE HA UNA MASSA
Mp/Me = 1,673 x 10-27/ 0,91 x 10-30 ≈ 1,838 x 103 =
= 1838 VOLTE MAGGIORE DI QUELLA
DELL' ELETTRONE
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
LEUCIPPO DI MILETO
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
DEMOCRITO DI ABDERA
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
L' ANTICA GRECIA
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
JOHN DALTON
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
AMEDEO AVOGADRO
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
STANISLAO CANNIZZARO
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
DIMITRI MENDELEEV
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
LA TAVOLA PERIODICA DEGLI ELEMENTI (DI MENDELEEV)
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
WILLIAM CROOKES
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
TUBI DI CROOKES(SCARICA ELETTRICA IN UN GAS RAREFATTO)
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
TUBO A RAGGI CATODICI
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
HEINRICH HERTZ NEL 1886 GENERA E RIVELA A BREVE DISTANZA LE ONDE ELETTROMAGNETICHE PREVISTE TEORICAMENTE DA MAXWELL
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
ONDE ELETTROMAGNETICHE
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
SPETTRO DELLE ONDE ELETTROMAGNETICHE
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
SPETTRO DELLE ONDE ELETTROMAGNETICHE
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RIFLESSIONE E RIFRAZIONE DELLA LUCE
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LA DISPERSIONE DELLA LUCEATTRAVERSO UN PRISMA
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SINTESI DELLA LUCE BIANCACON IL DISCO DI NEWTON
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
DIFFRAZIONE DELLE ONDE ELETTROMAGNETICHE
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
WIHLELM CONRAD ROENTGEN SCOPRE I RAGGI X (1895)
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
MODERNO TUBO A RAGGI X (DI COOLIDGE)
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
HENRY BECQUEREL SCOPRE LA RADIOATTIVITA'
DEI SALI D'URANIO (1896)
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
I CONIUGI CURIE SCOPRONO IL POLONIO ED IL RADIO (1898 - 1902).
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
JOSEPH THOMSON SCOPRE L' ELETTRONE(1897)
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
IIMATERIA E RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA I PIONIERI DELLA FISICA DEL XX SECOLO MAX PLANCK SPIEGA LO SPETTRO DEL CORPO NERO ENUNCIANDO IL PRINCIPIO DI QUANTIZZAZIONE DELL 'ENERGIA (1900)
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
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FRANUNHOFER INVENTA IL RETICOLO DI DIFFRAZIONE (1814)
E STUDIA LO SPETTRO SOLARE
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SPETTRO DI ASSORBIMENTO SOLARE
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SPETTRI DI EMISSIONE E DI ASSORBIMENTO DEL SODIO
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I RAGGI ULTRAVIOLETTI : UVA, UVB, UVC
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KIRCHHOFF E BUNSEN INVENTANO LO SPETTROSCOPIO (1859)
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SPETTROSCOPIO
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
ALBERT EINSTEIN SPIEGA L' EFFETTO FOTOELETTRICO CON L' IPOTESI DEI FOTONI (1905) (QUANTI DI ENERGIA ELETTROMAGNETICA)
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
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ATOMO DI THOMSON
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
ERNEST RUTHERFORD SCOPRE IL NUCLEO ATOMICO (1911)
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
NIELS BOHR ELABORA LA TEORIA QUANTISTICA DELL' ATOMO DI IDROGENO (1913)
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
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ISOTOPI
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ISOTOPI
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IDROGENO H1
1
Z = 1 , N = 0 , A = 1
DEUTERIO D o H1
2
Z = 1 , N = 1 , A = 2
TRIZIO T o H1
3
Z = 1 , N = 2 , A = 3
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LITIO Li 3 7
Z = 3, N = 4 , A = 7
BORO B5 10
Z = 5, N = 5 , A = 10
CARBONIO 12 C612
Z = 6, N = 6 , A = 12
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CARBONIO 14 C6 14
Z = 6, N = 8 , A = 14
ARGENTO Ag 79197
Z = 47, N = 60 , A = 197
FERRO Fe2656
Z = 26, N = 30 , A = 56
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URANIO 234 U (0,0057 %) U92
234
Z = 92, N = 142 , A = 234,
URANIO 235 U (0,7204 %) U92235
Z = 92, N = 143 , A = 235,
URANIO 238 U (99,273 %) U92238
Z = 92, N = 146 , A = 238,
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IODIO 127 (STABILE) I53
127
Z = 53, N = 74 , A = 127,
IODIO 131 (RADIOATTIVO) I53131
Z = 53, N = 78 , A = 131
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ASTON INVENTA LO SPETTROMETRO DI MASSA (1920)
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SPETTROMETRO DI MASSA PER LA RIVELAZIONE DEGLI ISOTOPI
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
LA STRUTTURA ATOMICA DELLA MATERIA
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ATOMO DI CARBONIO
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ATOMO DI CLORO
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ATOMO DI SODIO
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ATOMO DI ALLUMINIO
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ATOMO DI RAME
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ATOMO DI URANIO
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ATOMO AL MICROSCOPIO ELETTRONICO
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
WILLIAM HENRY BRAGG E WILLIAM LAWRENCE BRAGG SCOPRONO LA STRUTTURA CRISTALLINA DELLA MATERIA CON ESPERIMENTI DI DIFFRAZIONE DI RAGGI X (1913)
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
ESPERIMENTI DI DIFFRAZIONE DI RAGGI X
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
STRUTTURA CRISTALLINA DEL CLORURO DI SODIO
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
STRUTTURA CRISTALLINA DEL DIAMANTE E DELLA GRAFITE
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
CRISTALLI DI DIAMANTE E DI GRAFITE
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LA SCOPERTA DEL DNA (1953)ROSALINDE FRANKLIN, WATSON E CRICK
0
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LA STRUTTURA A DOPPIA ELICA DEL DNA
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MODELLO DELLA STRUTTURA DEL DNA
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IL PRIMO DIFFRATTOGRAMMA A RAGGI X DEL DNA
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
ARTHUR COMPTON CONFERMA SPERIMENTALMENTE L' IPOTESI DEI FOTONI DI EINSTEIN (1922)
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
L' EFFETTO COMPTON CONFERMA L' ESISTENZA DEI FOTONI DI EINSTEIN
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
LOUIS DE BROGLIE FORMULA L' IPOTESI ONDULATORIA DELLA MATERIA (1924)
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
ERWIN SCHROEDINGER ELABORA LA MECCANICA ONDULATORIA (MECCANICA QUANTISTICA) (1925)
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
WOLFGANG PAULI ENUNCIA IL PRINCIPIO DI ESCLUSIONE (1925) CONSENTENDO DI SPIEGARE QUANTISTICAMENTE LA STRUTTURA ATOMICA DELLA MATERIA E LA TAVOLA PERIODICA DI MENDELEEV
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
WERNER HEISENBERG ENUNCIA IL PRINCIPIO DI INDETERMINAZIONE (1927)
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
DAVISSON E GERMER VERIFICANO IL COMPORTAMENTO ONDULATORIO DELLA MATERIA CONFERMANDO L' IPOTESI DI DE BROGLIE (1927)
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
DIFFRAZIONE DI ELETTRONI E DIFFRAZIONE DI RAGGI X ATTRAVERSO LAMINE D' ORO
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LE COSTANTI UNIVERSALI
c = 300000 km/s = 3 x 108 m/s - velocità della luce nel vuoto
G = 6,67 x 10-11 N x m2 /kg2 - costante di gravitazione universale
h = 6,63 x 10-34 J s - costante di Planck o quanto d'azione
e = 1,6 x 10-19 C - carica dell' elettrone (e del protone)
No = 6,0221412 x1023 molecole/mole - numero di Avogadro
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LE LEGGI QUANTISTICHEFONDAMENTALI
ENERGIA DI UN FOTONE (EINSTEIN - 1905) h LUNGHEZZA D' ONDA ASSOCIATA AD UNA PARTICELLA (DE BROGLIE - 1924)
h /p p = M v quantità di moto della particella (M massa, v velocità)
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LE LEGGI QUANTISTICHE FONDAMENTALI
PRINCIPIO DI INDETERMINAZIONE
(MAX BORN - WERNER HEISENBERG - 1927)
Δ p x Δx ≥ h/(2π)
Δ p incertezzza nella misura della quantità di moto p
Δ x incertezza nella misura della posizione x
Δ E x Δt ≥ h/(2π)
Δ E incertezza nella misura dell' energia
Δ t durata della misura
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
PAUL DIRAC APPLICANDO LA TEORIA DELLA RELATIVITA' SPECIALE DI EINSTEIN ALLA MECCANICA QUANTISTICA PREVEDE L'ESISTENZA DELL' ANTIMATERIA (1928)
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
JAMES CHADWICK SCOPRE IL NEUTRONE (1932)
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
ENRICO FERMI CON I “RAGAZZI” DI VIA PANISPERNA (SCUOLA DI FISICA DI ROMA - 1934)
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
ETTORE MAJORANA NEL 1933 ELABORA, PRIMA DI HEISENBERG, LA TEORIA DELLE FORZE NUCLEARI
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
LA SCOPERTA DEI RAGGI COSMICI (VICTOR HESS - 1912)
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
III
LE QUATTRO FORZE FONDAMENTALIDELL' UNIVERSO
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
LE TRE GENERAZIONI DI PARTICELLE FONDAMENTALI DEL MODELLO STANDARD:
QUARK PRIMA GEN. SECONDA GEN. TERZA GEN. SU, GIU' STRANO, INCANTATO ALTO, BASSO
LEPTONI
ELETTRONE MUONE TAUONE
NEUTRINO NEUTRINO NEUTRINOELETTRONICO MUONICO TAUONICO
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
LO SCAMBIO DI UN GLUONE GENERA LA FORZA FORTE (FORZA DI COLORE) TRA DUE QUARK
LO SCAMBIO DI UN FOTONE GENERA LA FORZA ELETTROMAGNETICA TRA DUE PARTICELLE CARICHE
LO SCAMBIO DEI BOSONI VETTORI DI RUBBIA (W+,W-, Z°)GENERA LA FORZA DEBOLE (FORZA DI CAMBIAMENTO DI SAPORE) TRA DUE QUARK O TRA DUE LEPTONI
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
LE TRE GENERAZIONI DI PARTICELLE DEL MODELLO STANDARD
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UNITA' DI MISURA DELL'ENERGIAIN FISICA ATOMICA E NUCLEARE
1 eV (ELETTRONVOLT) = 1,6 x 10-19 J (Joule)
1 JOULE EQUIVALE ALL' ENERGIA CINETICA ACQUISITA DA UNA MASSA DI CIRCA 102 GRAMMI IN CADUTA LIBERA DALL' ALTEZZA DI 1 METRO.
1 eV EQUIVALE ALL' ENERGIA CINETICA ACQUISITA DA UN CORPO DOTATO DI UNA CARICA DI 1,6 x 10-19 COULOMB SOTTOPOSTO ALLA TENSIONE ACCELERATRICE DI 1 VOLT
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MULTIPLI DELL' ELETTRONVOLT
1 KeV (KILOELETTRONVOLT) = 103 eV
1 MeV (MEGAELETTRONVOLT) = 106 eV = 1000 KeV
1 GeV (GIGAELETTRONVOLT) = 109 eV = 1000 MeV
1 TeV (TERAELETTRONVOLT) = 1012 eV = 1000 GeV
1 eV EQUIVALE ALL' ENERGIA DI AGITAZIONE TERMICA MEDIA ACQUISITA DA UN ELETTRONE ALLA TEMPERATURA DI 11600 °K(°K → GRADI KELVIN = GRADI CENTIGRADI (C°) + 273,16)
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
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BARRIERA DI POTENZIALE PER LA FUSIONE NUCLEARE
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BARRIERA DI POTENZIALE TRA DUE PROTONI
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E = MC2
PRINCIPIO DI EQUIVALENZA DI EINSTEIN TRA
MASSA ED ENERGIA
SE M = 1 GRAMMO, E = 10-3 Kg x (3 x 108 m/s)2 =
= 9 x 1013 JOULE = 9 x 1013 / 3,6 x 106 = 25 x 106 Kwh. 1 Kwh = 3,6 x 106 J
LA COMBUSTIONE DI 1 GRAMMO DI CARBONIO
PRODUCE 7865,41 calorie = 7865,41 X 4,18 =
=32877,41 JOULE = 32877,41/3,6 x 106 = 0,009132
KWh
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REAZIONI DI FUSIONE NUCLEARE
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REAZIONI DI FUSIONE NUCLEARE
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IL DIFETTO DI MASSA DELLE REAZIONI NUCLEARI CONFERMA LA
LEGGE RELATIVISTICA E = mc2
NELLA REAZIONE NUCLEARE A + B = C + D LA SOMMA MA
+ MB
DELLE MASSE DEI PRODOTTI DI REAZIONE E' SEMPRE LIEVEMENTE MINORE DELLA SOMMA M
C + M
D DELLE MASSE DEI
REAGENTI.ESEMPIO:NELLA REAZIONE DI FUSIONE NUCLEARE
1H1 +
3Li7 --->
2He4 +
2He4 + 17 MeV
(Reazione di Cockroft e Walton, 1932) L' ENERGIA PRODOTTA (17 MeV = 17 x 10 6 x 1,6 x 10-19 J = = 27,2 x 10-13 J) EQUIVALE ALLA DIFFERENZA (DIFETTO DI MASSA) TRA LA SOMMA DELLE MASSE DEI REAGENTI (PROTONE E NUCLEO DI LITIO) E LA SOMMA DELLE MASSE DEI PRODOTTI DI REAZIONE (PARTICELLE ALFA)
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LA REAZIONE DI FUSIONE NUCLEARE PROTONE-PROTONE
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IL CICLO DI BETHE(HANS BETHE - 1938)
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IL CICLO DI BETHE(CICLO CNO - CARBONIO-AZOTO-
OSSIGENO)
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ANTARESSUPERGIGANTE ROSSA
NELLA COSTELLAZIONE DELLO SCORPIONE
ANTARES
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BETELGEUSE E ANTARESDUE BELLISSIME SUPERGIGANTI ROSSE
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NEBULOSE PLANETARIE
NEBULOSA TESTA DI CAVALLO NEBULOSA OCCHIO DI GATTO
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DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
LE REAZIONI NUCLEARI DI FISSIONE E FUSIONE
VIDEO 1 (LA FUSIONE NUCLEARE)
VIDEO 2 (LA FUSIONE NUCLEARE)
VIDEO 3 (LA FISSIONE NUCLEARE)
VITA E MORTE DI UNA STELLA VIDEO 1 VIDEO 2 VIDEO 3 VIDEO 4
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EDWIN HUBBLE SCOPRE L' ESPANSIONE DELL' UNIVERSO (1929)
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LA LEGGE DI HUBBLEV = HR
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GEORGE GAMOW FORMULA LA TEORIA DEL BIG BANG (1946)
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IL BIG BANG
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ARNO E PENZIAS SCOPRONOLA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO (1964)
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ALAN GUTH FORMULA LA TEORIADELL' INFLAZIONE COSMICA (1979)
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LA LINEA DEL TEMPO DELL' UNIVERSO