Metodo scientifico
Teorie atomiche
- Scoperta delle particelle atomiche
- Modelli atomici di Thomson, Rutherford e Bohr
- Teoria ondulatoria
Costruzione ideale degli atomi
Tubo a raggi catodici
J.J. Thomson (nel 1906 Premio Nobel in Fisica), determinò il rapporto e/m di un elettrone.
Tubo a raggi catodici
Hev = mv /r e/m = v/Hr2 → Hev = forza dovuta al campo magnetico, mv /r = forza centrifuga, v = velocità elettrone, r = raggio di curvatura. Per calcolare v, applichiamo un campo elettrico tale da bilanciare il campo magnetico: Hev = Ee v = E/H → -1,76 x 10 coulomb/Kg e/m = E/H r = 112
Esperimento della goccia d’olio
Esperimento di Millikan per misurare la carica dell’elettrone:
- mg = neE
- ne = mg/E
- e = -1,6 x 10-19 coulomb
- -1,76 x 10 coulomb/Kg
- e/m = 11
- Massa elettrone = 9,1 x 10-28 g
Radioattività
L'emissione spontanea di particelle e/o radiazioni è riscontrata in alcuni elementi (es. Uranio). Raggi particelle di carica positiva α, raggi particelle di carica negativa (e-) β, raggi particelle prive di carica γ.
Esperienza di Rutherford
Particelle nuclei di He privi di elettroni, cioè particelle “molto pesanti”. “Il risultato era incredibile: era come se, sparando contro un foglio di carta velina un proiettile da 38mm, questo tornasse indietro a colpirvi”.
Modello di Rutherford
- Questo modello dinamico era in disaccordo con la teoria elettromagnetica classica, secondo la quale gli elettroni dell'atomo, che si muovono nel campo elettrico nucleare, dovrebbero irradiare onde elettromagnetiche, perdere di conseguenza continuamente energia e cadere in un tempo brevissimo (10-11 secondi) sul nucleo.
- Ciò è in contrasto con le evidenze sperimentali che mostrano che gli atomi sono quasi tutti stabili.
- La maggior parte delle conoscenze sulla struttura degli atomi e delle molecole proviene da esperimenti nei quali avvengono interazioni tra materia e luce.
Luce
La luce è un insieme di radiazioni costituite da onde elettromagnetiche che si propagano nello spazio sotto forma di un campo elettrico e di un campo magnetico oscillanti, tra di loro perpendicolari.
- Lunghezza d’onda (λ)
- Frequenza (ν)
- Ampiezza = c/λ, c = 300.000 Km/s
Nella teoria di Maxwell l'energia dell'onda elettromagnetica dipende dall'ampiezza dell'onda, ma non dalla sua frequenza, e può essere variata con continuità.
Spettro elettromagnetico
L'insieme delle radiazioni elettromagnetiche a diverse lunghezze d'onda (λ) costituisce lo spettro elettromagnetico. Per comprendere questo fenomeno, i fisici pensarono di scomporre la luce nelle lunghezze d'onda componenti mediante uno spettrografo. L'eccitazione di specie atomiche gassose provoca degli assorbimenti di radiazioni a frequenze caratteristiche per ciascuna specie.
- Un elemento è capace di assorbire le radiazioni che emette;
- L'interpretazione degli spettri atomici è impossibile se non si usa il concetto di quantizzazione dell'energia, introdotto nel 1900 da Planck per spiegare la legge di distribuzione dell'energia nello spettro del corpo nero.
Teoria dei quanti
- Un corpo nero è un oggetto fisico capace di assorbire tutte le radiazioni elettromagnetiche.
- Se un corpo nero viene riscaldato, esso emette delle radiazioni che sono il risultato delle vibrazioni degli atomi del corpo caldo, che si comportano come degli oscillatori elementari.
- L'energia di tali radiazioni dipende dalla lunghezza d'onda e dalla temperatura.
La teoria elettromagnetica classica della luce di Maxwell stabilisce che l'energia di un'onda elettromagnetica dipende solo dall'ampiezza e non dalla sua frequenza, per cui l'energia emessa dall'oggetto deve essere distribuita equamente su tutte le possibili onde elettromagnetiche indipendentemente dalla frequenza. I risultati sperimentali non possono...
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