ATOMO

1. ATOMO Laboratorio estivo di Fisica Moderna 2008

2. Modelliatomici • Democrito (460 a.C.) ipotizza l’esistenza di particelle indivisibili chiamate “Atomi”... • Modelli principali: • J. J. Thomson (1865-1940) • E. Rutherford (1871-1937) • N. Bohr (1885-1962)

3. J. J. Thomson 1865-1940 • Nasce a Cheetham • Scopre dei corpuscoli di carica negativa, chiamati elettroni • Nobel per la Fisica (1897) • Realizza primo spettrometro di massa (1912) => determinare rapporto e-/m • Scopre isotopi

4. Gli elettroni, carichi negativamente, sono distribuiti casualmente in una massa fluida di carica positiva.

5. E. Rutherford 1871-1937 • Nasce a Brightwater • Nobel per la Chimica (1908) • Scopre nucleo atomico • Trasmuta elemento chimico in un altro • Avanza teorie sull’esistenza dei neutroni

6. Gli elettroni ruotano intorno al nucleo positivo secondo orbite circolari.

7. N. Bohr 1885-1962 • Nasce a Copenaghen • Nobel per la fisica (1922) • Sviluppa il principio di complementarità • Fonda CERN di Ginevra

8. Quasi tutta la massa atomica è nel nucleo, attorno al quale ruotano gli elettroni su orbite ben definite che rappresentano i vari stadi di energia. L’elettrone può cadere da un’orbita di alta energia ad una di bassa energia, producendo un fotone.

9. Esperimento di Thomson: apparato e/m Verificare in modo sperimentale il rapporto e/m

10. Formula utilizzata La forza di Lorentz agisce perpendicolarmente alla velocità v e al campo magnetico B: F = evB F = ma = m v2/R e/m = 2V/ (BR)^2 e = carica elettrica m = massa elettrone V= voltaggio B = costante magnetica (7,8 *10-4) * intensità di corrente (I) R = raggio preciso (media del raggio dx e sx)

11. Strumenti Utilizzati

12. Lettura dello strumento Il passo più importante sta nel stabilire la lunghezza del raggio grazie al righello a specchio.

13. Procedimento Fascio di elettroni accelerato Azionamento bobine Scelta di un determinato valore di voltaggio e intensità elettrica Individuazione raggio sx e dx tramite scala a specchio raccolta dati Applicazione formula

14. Raccolta dati

15. Errori sperimentali • Errata lettura dello strumento (parallasse) • Voltaggio o corrente troppo bassi o troppo alti • Mal posizionamento del cannone elettrico • Eventuali errori strumentali

16. Esperienza di RUTHERFORD (modello planetario) Apparato sperimentale utilizzato:sorgente radioattiva (Americio), lamina di alluminio, pompa a vuoto, cilindro a vuoto, rilevatore (fotodiodo a giunzione pn).

17. Modalità operative • Monto il dispositivo • Attraverso la pompa a vuoto pratico il vuoto nel cilindro • Collego ad un computer il rilevatore. • Posiziono la sorgente radioattive e la lamina di alluminio perpendicolarmente al rilevatore. • Tramite il rilevatore misuro la corrente che vi giunge proporzionale al numero di particelle che, dopo aver attraversato la lamina in un intervallo di tempo definito (60s), lo colpiscono. • Mantenendo fisso il rilevatore ruoto la lamina e la sorgente di un certo angolo θ compreso tra ±15° • Ripeto le operazioni precedenti più volte variando angolo.

18. Dati Sperimentali

19. Curva Teorica

20. Osservazioni • La maggioranza delle particelle alfa prosegue in linea retta. • Alcune particelle sono deviate con un angolo diverso da 0. • Maggiore è l’angolo minore è la quantità di particelle rilevate. • Conclusioni • Le particelle alfa(nuclei di elio) sono molto più piccoli dell'atomo, 10 -15. • La maggiore componente dell'atomo era lo spazio vuoto. • Non era concepibile una struttura atomica come quella rappresentata da Thomson.

21. Esperienza “Spettri a righe” Lo scopo dell'esperimento è quello di verificare la tesi di Bohr riguardante il modello atomico da lui proposto. nel 1913 per spiegare gli spettri a righe degli elementi.

22. Postulati del modello atomico di Bohr • Gli elettroni si muovono su orbite circolari attorno al nucleo • Un elettrone in moto su un orbita non irraggia • Le orbite sono soggette a una condizione di quantizzazione del momento angolare L = n h/2p • Gli elettroni possono emettere o assorbire radiazioni elettromagnetiche quando passano da un’orbita all’altra E2 - E1 = hn H: costante di Plank = 6.63*10^-34 J*s

23. Gli spettri a righe Se si fornisce energia ad un elettrone, questo è in grado di emettere, sotto forma di radiazione luminosa, questa stessa energia, tornando nel suo stato fondamentale. Tale energia emessa viene poi assorbita su lastre o appositi strumenti e rappresentata nei cosiddetti spettri a righe. 2 tipi di spettri: -continuo: dispersione della luce bianca nelle sue componenti -discontinuo: assorbimento di determinate lunghezze d’onda da parte di un particolare elemento

24. SpettrofotometroMateriale utilizzato • Spettrofotometro • Calcolatore per elaborazione dati Funzionamento

25. Descrizione dispositivo 1 • Lampada a spettro contenente per ogni prova un elemento differente (1) • Collimatore (2) • Lenti per focalizzare il fascio luminosos proveniente dalla lampada (3) • Base d’appoggio per lo strumento (4) • Sensore luminoso (5) • Sensore di posizione angolare (6) • Reticolo di diffrazione con fenditure di diverse grandezze (7) 2 5 7 3 6 4

26. Prove eseguiteSodio La radiazione luminosa della lampada a Sodio (Na) produce, una volta diffratta, uno spettro di righe colorate.

27. Idrogeno Rosso Violetto Verde

28. Analisi Dati

29. Mercurio Viola1 Verde Viola2 Viola3 Giallo-arancio

30. Analisi Dati

31. Kripton sensibilità x 10 IR3 IR4 IR2 IR1

32. Kripton sensibilità x 100

33. Analisi Dati 1

34. Analisi Dati 2

35. Conclusioni • Bohr, tramite l’esperienza degli spettri a righe riuscì a dimostrare la validità della sua teoria e dei suoi postulati e pose le basi per lo sviluppo della meccanica quantistica (energia quantizzata). • Esso dimostrò anche che il raggio e l’energia dei livelli energetici sono calcolabili attraverso alcune formule matematiche. • Es: nel caso dell’Idrgoeno H • E1 = E (n=1) = -13.6 eV 1eV = 1.6*10^-19 J • R1 = R (n=1) = 0.529 A = 0.5 * 10^-10 m = 5*10^-11 m

36. Bodini Laura Danelli Matteo Ghidelli Ruben Lancini Davide Madonini Claudio Manzoni Martina Medeghini Fabio Zangarini Maria Paola Zatti Nadia Gruppo Atomo