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.

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.

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

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

scala graduata

bobine di Helmholtz

bulbo di vetro

tester

generatore di corrente

manopola per l’intensità

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:

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 )

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)

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)

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

Esperimento di RutherfordOBIETTIVO: dimostrare la validità del suo modello planetario smentendo le teorie di Thomson

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

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

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

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

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

NEON

𝝀 :𝟓𝟔𝟑

𝝀 :𝟔𝟏𝟕

𝝀 :𝟔𝟕𝟏

ARGON

𝝀 :𝟔𝟔𝟕 𝝀 :+++¿

IDROGENO

𝝀 :𝟔𝟒𝟓

ELIO

𝝀 :𝟓𝟖𝟎

𝝀 :+++¿