Riassunti di Fisica

FOTONI

Esperimenti interpretabili solo se si concepiva la luce come trasportata in pacchetti -> quanti di luce -> fotoni -> onda elettromagnetica può essere vista anche come insieme di pacchetti di energia.

Pacchetti di energia: immaginarli come privi di massa, si propagano alla velocità della luce, ognuno di questi ha un'energia che dipende dalla λ dell'onda elettromagnetica a cui è associata.

L'energia di un fotone è direttamente proporzionale alla freq dell'onda elettromagnetica che si sta propagando e si esprime come il prodotto della freq * costante di plank.

Nello schema delle λ e λ delle onde, ci sono due linee, una per λ e una per λ, le quali sono legate fra loro da.

Dato che posso vedere l'onda anche come un insieme di pacchetti -> aggiungo un asse: per ogni frequenza la λ di una certa λ sarà costituita da fotoni con una certa energia pari a.

Terzo

asse: indica per ogni ƒ quanto è l’energia dei fotoni corrispondenti, l’asse cresce da dx a sx —> l’energia die fotoni è direttamente proporzionalealla ƒ

Luce visibile —> energia dei fotoni ~1eV; verso l’ultravioletto aumenta

Raggi x compresi tra 1keV e 100keV; i raggi gamma sono nell’ordine dei 1GeV

È utile considerare le onde in termini di fotoni in quanto il fotone porta con sè dell’energia, la quale venendo assorbita dal materiale, fa sì che glielettroni assorbano questa energia e passino negli orbitali a più alta energia—> l’assorbimento di fotoni da parte degli e- corrisponde a transizioni da orbitali interni a piùesterni

Perchè possano avvenire queste transizioni, è necessario che l’energia del fotone sia pari alladifferenza di energia fra i due orbitali

L’elettrone può anche tornare al suo stato iniziale emettendo fotoni

pari alla differenza di energia tra gli orbitali fra i quali si è verificata la transizione

Livello fondamentale -> posizione iniziale dell'elettrone a bassa energia -> la frequenza delle onde elettromagnetiche emesse è pari alla differenza di energia di orbitali / h -> h* deve essere pari alla differenza di energia fra i due orbitali

In questo modo posso analizzare gli elementi che compongono una sostanza in quanto i fotoni che emette o assorbe una sostanza corrispondono alla diff di energia fra gli orbitali e queste differenze dipendono dall'atomo che sto considerando

SPETTRO DI ASSORBIMENTO

Luce bianca: sovrapposizione di tante frequenze si piccolo spettro cromatico

La luce si può scomporre son dei prismi -> vengono colpiti da luce bianca e si hanno in uscita luci di vari colori indirezioni differenti (cioè a λ diverse)

Neon -> gas che se eccitato può emettere fotoni -> se lo eccito con

scariche elettriche non ottengo uno spettrocontinuo (come otterrei con una lampadina che emette luce a incandescenza), ma ottengo delle righe, si osservano solo onde elettromagnetiche di λ differenti poiché le righe corrispondono alle differenze di energia tra gli orbitali tra i quali avviene la transizione durante la diseccitazione—> spettro di emissione: studio le λ emesse da un materiale per capire di che gas si tratta. Oppure posso prendere una luce bianca e farla attraversare il materiale —> fotoni con energia da permettere la transizione tra i livelli energetici differenti vengono assorbiti, gli altri no —> simile al primo caso in cui vedo dei buchi poiché le freq sono state assorbite. Le freq assorbite sono le stesse che il gas emette quando eccitato —> altro modo per conoscere la natura dei gas.

LUCE E OTTICA GEOMETRICA: l'ottica geometrica è un modo di descrivere la propagazione della luce trascurando alcuni

• luce diretta - oggetto potrebbe essere una sorgente di luce come una lampada, sole...
• luce riflessa - luce riflessa da un oggetto e arriva ai nostri occhi - principio della visione che si permette di riconoscere l'oggetto

ricostruire il punto da cui viene emessa la luce

Ottica geometrica —> descrive la propagazione della luce usando i raggi di propagazione

Fonti d’onda —> punti in cui in un certo istante lo stato di oscillazione e vibrazione è lo stesso in tutti i punti

Raggi di propagazione sono quelli di cui si occupa l’ottica geometrica e sono di direzioni ortogonali ai fronti d’onda che individuano la direzione in cui si propaga l’onda

Se mi metto lontano dalla sorgente, posso approssimare l’onda sferica a un’onda piana e in questo caso i raggi sono paralleli fra di loro

Raggio di propagazione —> direzione ortogonale al contenuto di un’onda che si propaga

Ci sono leggi che descrivono come cambia la direzione di un raggio quando incontra ostacoli o passa da un mezzo all’altro

Raggio che viene riflesso:

Onda incidente come un’onda piana che arriva su uno specchio e viene riflesso

Si prende il raggio di riferimento che va a

incidere sullo specchio e si sviluppa un raggio riflesso

Si disegna una retta normale ortogonale allo specchio nel punto di incidenza

Angoli θi e θr sono angoli riferiti alla retta incidente

RIFLESSIONE

Quando ho una luce che incide su un oggetto, ci sono sempre due fenomeni: la luce in parte viene riassorbita e in parte riflessa

Se non ci fosse riflessione non vedremmo l'oggetto e la nostra percezione dell'oggetto dipende da quanto l'oggetto riflette

Quando ho assorbimento posso avere:

• riflessione
• rifrazione —> quando l'oggetto è trasparente parte della luce può penetrare nell'oggetto

Uno specchio riflette il 95%, ma assorbe il 5%

In ottica geometrica per definire la direzione dei raggi di propagazione si usa l'anormale alla superficie su cui incide l'onda e le direzioni sono definite in termini di angoli rispetto alla normale

Leggi

2 raggi, uno incidente e uno riflesso;

1) il raggio riflesso giace sullo stesso

piano individuato dal raggio incidente e dalla normale alla superficie

2) l'angolo di riflessione è uguale all'angolo di incidenza

L'ultima legge vale per la riflessione speculare, cioè quando ho una sup piana; ma le superfici non sono maicompletamente piane -> non danno riflessione speculare

La legge della riflessione vale punto per punto: quando un raggio incidente tocca una superficie riflettente in un certopunto,vale sempre in quel punto; ma dato che una superficie piana non si può avere, i raggi riflessi avranno direzionidifferenti -> riflessione diffusa-> vedo la luce indipendentemente dalla posizione del mo occhio

Con una riflessione speculare, il mio occhio deve essere in una certa posizione per vedere la luce

Esempio: riflessione speculare e posizioniamo un l'oggetto davanti allo specchio

Punto p di riferimento da cui vengono emessi i raggi, i due raggi intercettano lo specchio e vengono riflessi in

oltre lo specchio pari alla distanza che l'oggetto vero ha rispetto allo specchio

RIFRAZIONE

La luce si può propagare in aria e in un mezzo trasparente; in quest'ultimo la v della luce cambia, diventa più piccola

Anche in due messi trasparenti (acqua e aria) la v di propagazione cambia (v in acqua più piccola di quella in aria)

Quando la luce passa da un mezzo trasparente a un altro mezzo trasparente si ha la rifrazione

Esempio: fronte d'onda che si propaga e la linea blu è il margine di propagazione, la direzione ortogonale al fronte d'onda

Dopo un certo istante ∆t il fonte d'onda avrà percorso v1*∆t

Quando il forte d'onda incontra un altro mezzo, rallenta —> nello stesso ∆t di prima si percorre uno spazio minore —> ciò produce una variazione delladirezione di propagazione —> effetto della rifrazione: quando un raggio di propagazione passa da un mezzo trasparente ad un altro si ha

la deviazione poiché le velocità di propagazione dei due mezzi possono essere differenti

Onde elettromagnetiche, fotoni, luce, raggi di propagazione —> hanno una v nel vuoto=costante c

In qualsiasi altro mezzo la v è inferiore poiché nella propagazione si ha un assorbimento di emissione della luce da parte degli atomi del mezzo incontrato

V della luce nel vuoto è la velocità massima v=velocità in un mezzo c=velocità nel vuoto —> c>v

Indice di rifrazione: si indica con n ed è il rapporto c/v —> n non ha dimensioni fisiche ed è sempre >1

Nell'acqua n=1,33 —> in acqua v è il 33% più bassa rispetto alla v nel vuoto.

Nel vetro n=1,5

Diamante —> n=1,4

Indice di rifrazione —> indica quanto più velocemente o lentamente si propaga la luce nel mezzo

LEGGE DI SNELL

linea AC —> fronte d'onda

Linea blu —> raggio di propagazione

Zona

verde —> luce con v=v1

Zona marrone —> v=v2<v1

Legge di Snell —> mi dice come vengono deviati i raggi di propagazione quando si passa da un mezzo all’altro