Dualismo onda-particella
Una particella occupa una posizione, ha una certa massa, mentre l'onda trasporta energia e non trasporta materia.
Il dibattito sulla natura della luce, sul fatto che questa possa essere un'onda o una particella è ancora irrisolto, nello stesso tempo però rappresenta l'oggetto dell'ottica fisica.
A fine '800 i fisici erano convinti della natura ondulatoria della luce.
Emissione del corpo nero - 1900
Fenomeno abbastanza comune quello di notare che un corpo possa emettere delle radiazioni se la sua temperatura è alta (es: il sole, il ferro), perché l'alta temperatura agita le particelle ed emette energia sotto forma di radiazioni.
Il corpo nero lo possiamo immaginare come una sfera cava, come i bussolotti della lotteria, nella quale all'interno non si distinguono i colori, si vede nero. Si vede nero perché le onde luminose che entrano e che poi riflesse ci dovrebbero dare le immagini, rimbalzano da tutte le parti (non si parla della riflessione dello specchio), c'è quindi una diffusione della luce in maniera tale da non consentire più l'uscita della luce.
Che frequenze emette questo corpo nero quando è riscaldato?
Ci si mette nelle condizioni nelle quali le radiazioni emesse dipendono solo dalla temperatura e non dal materiale.
Tutto ciò per spiegare cosa vuol dire emissione del corpo nero.
Che radiazioni emette?
In questo caso si introduce una grandezza l'irradiamento I che è uguale all'energia E che colpisce nell'unità di tempo ∆t l'unità di superficie.
I = E/A∆t
L'ampiezza dell'onda in acustica rappresenta il volume, mentre in ottica rappresenta l'irradiamento.
La frequenza in ottica rappresenta, dando il colore, il colore.
1/λ(t) viene rappresentata tramite l'equazione di Wien, che non vedremo, tratta da esperimenti.
max
Se i fisici provavano a derivare questa funzione (λMAX(t)) teoricamente avrebbero trovato il seguente grafico:
Secondo le equazioni di Maxwell dovrebbe uscire questo grafico, ma ciò che usciva dagli esperimenti era completamente diverso da ciò che si aspettava.
Ma come si spiega tutto questo? Interviene in questo momento il grande scienziato Planck.
Ipotesi di Planck (1901)
L'ipotesi di Planck serve per spiegare il fenomeno dell'emissione del corpo nero.
Planck dice: «Immaginiamo che l'energia non possa essere emessa in modo continuo, ma questa può assumere solo dei valori multipli di un certo valore piccolino.»
L'energia è dunque quantizzata.
Quanto = quantità minima di energia. Non esiste una quantità razionale di 1 quanto; l'energia «viaggia a pacchetti».
2
-34
E = nhf h=0,626⋅10-34 Js ᴍ appartiene ad N
Per Planck tutto ciò è solo un'ipotesi matematica, lui stesso non ci crede più di tanto, ma dice facciamo un modello e vediamo cosa succede. In questo momento viene fuori un'equazione che spiega in un modo più accurato l'equazione di Wien.
La spiegazione di questo esperimento non è disponibile.
Effetto fotoelettrico (1905)
Un altro esperimento mostra un fenomeno che si chiama effetto fotoelettrico.
In cosa consiste?
Si è notato che un raggio ultravioletto che incide su una lastra metallica provoca una emissione di elettroni (raggi catodici, raggi beta).
L'effetto fotoelettrico non dipende dall'irradiamento, ma dipende interamente dalla frequenza (come se alzassi il volume).
Nel 1905 Einstein dà una spiegazione al fenomeno dell'effetto fotoelettrico. Egli considera vera l'ipotesi di Planck, ovvero che l'energia che viaggia sull'onda sia composta da particelle, ma la più piccola particella è essa stessa un corpuscolo, un quanto, che viene battezzato fotone.
Einstein invita inoltre a non scandalizzarsi dinanzi questi effetti perché possono essere spiegati se consideriamo la luce composta da un fascio di particelle, chiamate fotoni.
L'onda e le particelle non sono compatibili. Infatti dinanzi una parete l'onda passa e la particella no.
Da qui nasce il dualismo onda-particella (problema irrisolto).
Einstein spiega il fenomeno fotoelettrico facendo riferimento alla quantità di moto.
3
E=mc2
q=mc
q/E =mc/mc = 1/c q=E/C=hf/c FOTONE ANCHE SE NON HA MASSA HA
2
Una quantità di moto q=hf/
Dualismo onda-particella
Una particella occupa una posizione, ha una certa massa, mentre l'onda trasporta energia e non trasporta materia.
Il dibattito sulla natura della luce, sul fatto che questa possa essere un'onda o una particella è ancora irrisolto, nello stesso tempo però rappresenta l'oggetto dell'ottica fisica.
A fine 800' i fisici erano convinti della natura ondulatoria della luce.
Emissione del corpo nero - 1900
Fenomeno abbastanza comune quello di notare che un corpo possa emettere delle radiazioni se la sua temperatura è alta (es: il sole, il ferro), perché l'alta temperatura agita le particelle ed emette energia sotto forma di radiazioni.
Il corpo nero lo possiamo immaginare come una sfera cava, come i bussolotti della lotteria, nella quale all'interno non si distinguono i colori, si vede nero. Si vede nero perché le onde luminose che entrano e che poi riflesse ci dovrebbero dare le immagini, rimbalzano da tutte le parti (non si parla della riflessione dello specchio), c'è quindi una diffusione della luce in maniera tale da non consentire più l'uscita della luce.
Che frequenze emette questo corpo nero quando è riscaldato?
Ci si mette nelle condizioni nelle quali le radiazioni emesse dipendono solo dalla temperatura e non dal materiale.
Tutto ciò per spiegare cosa vuol dire emissione del corpo nero.
Che radiazioni emette?
In questo caso si introduce una grandezza l'irradiamento I che è uguale all'energia E che colpisce nell'unità di tempo ∆t l'unità di superficie.
I = E/A∆t
L'ampiezza dell'onda in acustica rappresenta il volume, mentre in ottica rappresenta l'irradiamento.
La frequenza in ottica rappresenta il colore.
λmax(t) viene rappresentata tramite l'equazione di Wien tratta da esperimenti.
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