Obbiettivi del Progetto “Lauree Obbiettivi del Progetto “Lauree Scientifiche”:Scientifiche”:• orientare alla scelta del corso di laurea

• promuovere la fisica (della materia)

• rafforzare i contatti e la collaborazione con i docenti della scuola secondaria,

Percorsi didattici:Percorsi didattici: Sviluppati in collaborazione con alcuni insegnanti delle Scuole Medie Superiori Coinvolgono direttamente gli studenti in esperimenti riguardanti le proprietà

micro- e nanoscopiche della materia ed i meccanismi di base dell’interazione fra quest’ultima, la radiazione luminosa e gli elettroni.

Spiegano e illustrano: basi fisiche del fenomeno principi di funzionamento di alcuni degli strumenti e tecniche di indagine

più utilizzati nella attuale ricerca scientifica in fisica della materia Modalita`:

Diversi percorsi per diverse classi (biennio/triennio - tecnici/licei) percorso fruito dall’intera classe Stage (2-4 studenti)

Effetto fotoelettrico e misura della costante di PlanckEffetto fotoelettrico e misura della costante di PlanckObbiettivi e concetti importanti:Obbiettivi e concetti importanti:

• Interazione fra luce e materia• Fotone e quantizzazione dell’energia (costante di Planck)• Livelli energetici (bande nei solidi)

• Esempio di raccolta ed analisi dati (uso di grafici cartesiani, interpolazione dati, determinazione di cost. di proporzionalità) in un esperimento ‘sofisticato’

• Introduzione a tecniche di indagine dei materiali: spettroscopia di fotoemissione Prerequisiti/concetti ribaditi:Prerequisiti/concetti ribaditi:

energia cinetica, potenziale, totale; grafici dell’energia circuiti elettrici elementari: corrente, potenziale e loro misura cenni alla natura ondulatoria della luce (frequenza e colore) e

alle proprieta` elettroniche dei solidi (funzione lavoro)

Introduzione all’effetto fotoelettricoIntroduzione all’effetto fotoelettrico

Osservazione sperimentale (Hertz – Lennard primi del ‘900): Illuminando una superficie metallica, essa emette elettroni, che possono essere misurati sotto forma di corrente.

Nel solido, gli elettroni sono legati ai nuclei atomici per ‘liberarli’ devo fornire loro energia. La luce fornisce l’energia necessaria: STUDIO DELL’INTERAZIONE FRA RADIAZIONE E MATERIA

DOMANDE:DOMANDE:• Quanto vale l’energia fornita dalla luce al singolo elettrone e da che cosa dipende?

• Possiamo usare questo fenomeno per studiare le proprieta` degli elettroni nei solidi?

Lampada a vapori di Hgprisma

Schema dell’apparato sperimentaleSchema dell’apparato sperimentale

Fra catodo e anodo si applica una differenza di potenziale ΔV:Misura della corrente fotoemessa al variare di ΔV

Potenziale di arresto: valore di ΔV per il quale la corrente si annulla

Correnti misurate sono ~ nA: occorre uno strumento sofisticato.

attenuatore

Misura della Energia cinetica massima degli elettroni fotoemessi dal catodo in funzione della frequenza e intensita` della luce :

W - eΔV

eΔV

eΔV

Kmax

ΔV >0

Fotoemissione, energia cinetica massima e potenziale di arresto

Kmax = E(luce) – W

ΔV <0ΔV <0

EE

Etot

L’energia ceduta agli elettroni dipende dall’intensita’ luminosa?

3.5x10-10

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

0.0

Inten

sità d

i Cor

rente

(A)

2520151050Potenziale (V)

No, il potenziale di arresto non dipende dall’intensita’ luminosa

3.5x10-10

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

Inte

nsità

di C

orre

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a Po

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Stab

ile (A

)

87654321Spessore del Filtro (mm)

Corrente di saturazione vs intensita luminosa

Int

ensi

tà d

i Cor

rent

e (n

A)

121086420

Potenziale (V)

Ek=h

L’energia ceduta agli elettroni dipende dalla frequenza?

Si, e’ direttamente proporzionale alla frequenza E Ekk=h=h-W-Wh=6.6x10-34 J s

Se illuminiamo un campione con luce di energia opportuna (raggi X), possiamo fotoemettere anche gli elettroni piu' legati.

• Negli atomi gli elettroni hanno energie di legame diverse• Gli elettroni piu' fortemente legati si trovano su livelli energetici discreti, la cui energia e` tipica di ciascun elemento: impronta digitale

Dai fondamenti alla ricerca:Dai fondamenti alla ricerca:Spettroscopia di fotoemissioneSpettroscopia di fotoemissione

SPETTRO di FOTOEMISSIONE: numero di elettroni emessi in funzione della loro energia