Elettromagnetismo e modello atomico di Bohr

Le criticità della fisica classica

Abbiamo sottolineato con il modello atomico di Rutherford la diffusione delle particelle da parte degli atomi di un sottile foglio metallico. Tuttavia, questo modello non spiega la stabilità degli atomi, contrastando con le leggi dell’elettromagnetismo classico del tempo.

Tali leggi prevedono che una particella carica (e^-) che si muove di moto non rettilineo e uniforme, dovesse emettere delle onde elettromagnetiche e concludere la propria traiettoria sul nucleo di un atomo.

Onde elettromagnetiche

Generalità

Onde elettromagnetiche sono una forma di energia che si propaga nello spazio con una velocità che nel vuoto è di 300.000 km/s e comprendono: la luce visibile, le onde radio, raggi X e tutto ciò che è luce invisibile. Alcuni fenomeni provocati dalle OE (riflessione, rifrazione e diffrazione) possono venire esattamente interpretati ammettendo una natura ondulatoria secondo la teoria ondulatoria di Maxwell.

Altri fenomeni, tra i quali l’emissione di radiazione da parte di un corpo incandescente, possono essere spiegati solo ammettendo l’ipotesi che le onde elettromagnetiche siano di natura corpuscolare. Non si riusciva a spiegare con le equazioni di Maxwell, quindi interviene la teoria sviluppata da Planck. La natura dualistica dell’energia elettromagnetica si manifesta quando questa interagisce con la materia, mostrando a seconda dei casi uno o l’altro carattere. Tale comportamento viene descritto dalla teoria ondulatoria di Maxwell (1873) e dalla più recente teoria corpuscolare di Planck (1901).

Teoria ondulatoria di Maxwell

Può essere riassunta nei seguenti punti:

• Le OE sono caratterizzate da una variazione periodica sinusoidale (se onde monocromatiche) di un campo elettrico E e di un campo magnetico B, tra loro perpendicolari, la cui intersezione coincide con la direzione di propagazione dell’onda.
• Le OE si propagano nello spazio circostante in tutte le direzioni con un movimento ondulatorio descritto da delle curve sinusoidali.
• I parametri che caratterizzano l’onda sinusoidale sono:
  • Ampiezza (E_max o B_max): altezza massima o minima raggiunta dalla cresta dell’onda, si dimostra che:
    I_media = k*(E_max)² oppure I_media = k*(B_max)², dove I rappresenta la densità d’energia trasportata da un’onda elettromagnetica (energia per unità di volume).
  • Periodo (T): è il tempo impiegato dall’onda a compiere un’oscillazione completa.
  • Frequenza (ν): è l’inverso del periodo.
  • Lunghezza d’onda (λ): è lo spazio percorso dall’onda nel tempo di un periodo.