Upload
aziza
View
108
Download
1
Embed Size (px)
DESCRIPTION
ONDE ELETTROMAGNETICHE. ONDE ELETTROMAGNETICHE. campo elettrico. +. corrente. campo magnetico. UN CAMPO ELETTRICO E’ GENERATO DA CARICHE ELETTRICHE FERME NELLO SPAZIO;. QUANDO ESSE SI MUOVONO, GENERANO UN CAMPO MAGNETICO. VICEVERSA UN CAMPO MAGNETICO - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
ONDE ELETTROMAGNETICHE
ONDE ELETTROMAGNETICHE
UN CAMPO ELETTRICO E’ GENERATO DACARICHE ELETTRICHE FERME NELLO SPAZIO;
corrente
campomagnetico
+
campoelettrico
QUANDO ESSE SI MUOVONO,GENERANO UN CAMPO MAGNETICO
• QUANDO CAMPO ELETTRICO E MAGNETICO VARIANO NEL TEMPO
LA LORO COESISTENZA DA’ ORIGINE AD UN
CAMPO ELETTROMAGNETICOCAMPO ELETTROMAGNETICO
• UNA CARICA ELETTRICA IN MOTO EMETTE O ASSORBE ONDE
ELETTROMAGNETICHE QUANDO E’ SOGGETTA AD ACCELERAZIONI
VICEVERSA UN CAMPO MAGNETICOVARIABILE NEL TEMPO GENERA UN CAMPO ELETTRICO
Dalla risoluzione delle equazioni di Maxwell risulta che:
E e B sono perpendicolari tra loro e perpendicolari alla direzione di propagazione
le onde elettromagnetiche si propagano nel vuoto alla velocità della luce
C = 3*108 m/s
ONDE ELETTROMAGNETICHE
LE PROPRIETA' DELLE ONDE ELETTROMAGNETICHE E DELLA LORO PROPAGAZIONE SONO SINTETIZZATE NELLE EQUAZIONI DI MAXWELL
Onda
Perturbazione dello stato di un corpo o di un campo dovuto al trasporto di energia.
Le onde acustiche trasmettono energia al mezzo in cui si propagano attraverso il moto vibrazionale delle molecole. A vibrare sono i vettori posizione, velocità e accelerazione.Le onde elettromagnetiche trasmettono energia perturbando lo stato del campo elettromagnetico.A vibrare sono i campi elettrici e magnetici.
Onda periodica
Onda che presenta la stessa configurazione in intervalli successivi.Un’onda sinusoidale è un’onda periodica la cui descrizione è data da una funzione trigonometrica.
CHE COSA E' UN' ONDA?
Lunghezza d’onda [m] ()
Distanza, in un’onda periodica, fra due creste successive o fra due punti con uguale velocità (vettoriale).Frequenza [Hz=s-1] (f oppure )
Numero di ripetizioni di un’onda nell’unità di tempo.
Ampiezza (A)
Legata alla quantità di energia trasportata.
fT
v
Periodo [s] (T)
Intervallo di tempo fra due ripetizioni di onda uguali.
fT
1
Velocità [m/s] (v)
Velocità di movimento del fronte d’onda.
COME si CARATTERIZZA UN'ONDA
Esercizio: calcolare la frequenza corrispondente ad un’onda di periodo 10 msec [f=100 Hz]
Esercizio: calcolare la corrispondente lunghezza d’onda sapendo che la velocità di propagazione è 340 m/s [λ = 3.4 m]
ONDE MECCANICHE
ONDE MECCANICHE: onde acustiche
ONDE SONORE
orecchio umanosensibilità
20 Hz < f < 2 104 Hzinfrasuoni ultrasuoni
v = f
varia = 344 m s–1
vH2O = 1450 m s–1 17.2 m < < 1.72 cm 72.5 m < < 7.25 cm
fT
v
Velocita' di progazione delle onde acustiche
• disegno
ONDE ELETTROMAGNETICHE
Vibrazione dei campi elettrico e magnetico
Intensità: l’energia che un’onda trasporta attraversouna superficie A in un intervallo di tempo t: I=E/(A*t) (W/m2)
Esercizio: calcolare la lunghezza d’onda di un’onda elettromagnetica di frequenza 6x1014 Hz [500 nm]
correnti radio micro I.R. visibile UV X e alternate onde onde
10-12 10-8 10-4 10-1 100 102 107 eV
105 10-1 10-3 10-6 10-7 10-9 10-14 m
103 107 1011 1014 1015 1017 1022 Hz
SPETTRO ELETTROMAGNETICO
Ogni tentativo di applicare le leggi della meccanica classica e dell’elettromagnetismo a atomi e molecole e’ risultato infruttuoso
Meccanica quantistica (orbitali, legami, quantizzazione orbite)
Planck: scambi di energia su scala atomica avvengono solo per quantità molto piccole ma irriducibili dette quanti
Einstein: fotone, particella priva di massa con energia e quantità di moto definite
A qualsiasi frequenza le onde elettromagnetiche vengono sempre emesse e assorbite sotto forma di fotoni
TEORIA DEI QUANTI
Lo studio dell’interazione tra le onde elettromagnetiche e gli atomi e le molecole ha condotto alla scoperta di proprietà corpuscolari delle onde elettromagnetiche
• Esercizio: quanto vale l’energia trasportata da un fotone di lunghezza d’onda 600 nm [E= 2 eV]
NUCLEO E FORZA NUCLEARE
L’ ATOMO
Protoni (p) e neutroni (n)
(NUCLEONINUCLEONI)
costituiscono il NUCLEONUCLEO
dell’atomo,
attorno al nucleo sono disposti su
differenti orbite gli elettroni (e)
++
++++
XZ : NUMERO ATOMICOZ : NUMERO ATOMICO numero dei protoni e degli elettroni dell’atomo
A: NUMERO DI MASSAA: NUMERO DI MASSA numero dei protoni + neutroni presenti nell’atomo
Raggio del nucleo 10-15 m = 1fm
TRANSIZIONI ATOMICHE
Gli elettroni sono legati nell’atomo, ovvero la transizione di un elettrone a un qualsiasi livello diverso da quello fondamentale avviene al prezzo della somministrazione di una quantita’ di energia pari alla differenza energetica tra i due livelli, mentre l’elettrone si libera dall’atomo solo fornendo un’energia pari all’ energia di legame.
• La forza di attrazione coulombiana tra due protoni nel nucleo vale circa 25 kg peso.
• La forza di gravita’ tra le masse protoniche e’ attrattiva ma totalmente insufficiente ad opporsi alla repulsione coulombiana: alle distanze nucleari e’ dell’ordine di 10-30 dyne.
• E’ necessario ipotizzare l’esistenza di una forza attrattiva che agisce solo nel nucleo (a breve raggio d’azione dunque) e molto intensa. Questa forza e’ chiamata forza nucleare forte.
• Nei nuclei agisce anche una seconda forza nucleare, chiamata forza nucleare debole, responsabile di alcuni fenomeni nucleari come certi decadimenti radioattivi.
LA FORZA NUCLEARE FORTE
Energia potenziale nucleare in funzione della distanza di separazione nucleone-nucleone
r (fm)
forza repulsiva forza attrattiva
U(r)
1.50 0.5 1
Raggio del nucleo 10-15 m = 1fm
UNITA’ DI MISURA DELLA MASSA ATOMICA
Usualmente si misurano le masse degli atomi in UNITA’ DI
MASSA ATOMICA a.m.u. che è 1/12 della massa di 1 atomo di
12C
1 a.m.u.=( 1.99*10-23 g) / 12 = 1.66*10-24 g
mp= 1.007593 a.m.u.
mn= 1.008987 a.m.u.
me= 0.000552 a.m.u.
Per un generico atomo di numero atomico Z e numero di
massa A
M(a.m.u.) = Z mp + (A-Z) mn + Z me
Esercizio: quanto vale la massa del 17O espressa in a.m.u.? [17.146043]
• La massa del 17O, calcolata a partire dalle singole masse atomiche dei suoi costituenti, vale 17.146053 a.m.u., eppure la misura sperimentale risulta 17.004553 a.m.u.; i due valori presentano una discrepanza Δm=0.131510 a.m.u. che prende il nome di DIFETTO DI MASSA e si riscontra in tutti i nuclei.
• I neutroni e i protoni sono legati nel nucleo come gli elettroni sono legati nell’atomo. Come per separare gli elettroni nell’atomo bisogna fornire un’energia pari all’energia di legame, allo stesso modo per separare i neutroni dal nucleo bisogna fare del lavoro.
• Il difetto di massa rappresenta la massa equivalente al lavoro che deve essere fatto per separare i protoni e i neutroni dal nucleo.
• L’energia di legame per nucleone del 17O vale dunque 122/17= 7.20 MeV
DIFETTO DI MASSA DEI NUCLEI
Esercizio: si calcoli il difetto di massa del 17O in g
Esercizio: per mezzo dell’equivalenza massa-energia, stabilita dalla teoria della relativita’ E=mc2, si calcoli l’energia corrispondente al difetto di massa del nucleo di 17O
ENERGIA DI LEGAME NUCLEARE
Numero di massa A
Energia di legame per nucleone (MeV)
8
050
Regione di massima stabilità
100
Per A 100, la repulsione coulombiana ( Z2 )
tende a prevalere sulla forza di nucleare forte
l’energia di legame decresce
Piu’ bassa per gli elementi di basso numero atomico, cresce rapidamente fino a raggiungere il valore quasi costante di circa 8 MeV
per mantenere la stabilitàil sistema reagisce arricchendo il nucleo di neutroni, anch’essi soggetti alla forza forte
per Z>82 non esistono nuclei stabili
i nuclei instabili che si formano “decadono” in altri nuclei
3 POSSIBILITA’ di DECADIMENTO
NEUTRONI n
20 82 PROTONI p
N=Z
GLI ATOMI STABILI E INSTABILI
Per A elevati, la repulsione coulombiana tende
prevalere sulla forza nucleare forte:Curva di stabilita’
• per A molto elevati decadimento ALFA
XAZ XA-4
Z-2 + He42 emissione di nuclei di elio
PROCESSI DI DECADIMENTO
• nucleo in stato eccitato decadimento GAMMA
XAZ * XA
Z+ emissione di fotoni
• per Z N decadimento BETA
XAZ XA
Z+1 + e- + emissione di elettroni o
XAZ XA
Z-1 + e+ + positroni
SPETTRO ELETTROMAGNETICO
correnti radio micro I.R. visibile UV X e alternate onde onde
10-12 10-8 10-4 10-1 100 102 107 eV
105 10-1 10-3 10-6 10-7 10-9 10-14 m
103 107 1011 1014 1015 1017 1022 Hz
SPETTRO ELETTROMAGNETICOSPETTRO ELETTROMAGNETICO
Da dove originano?
• Carica in moto accelerato emette onde elettromagnetiche
• Le onde elettromagnetiche vengono sempre emesse o assorbite nella materia sotto forma di fotoni
f = E1-E2/h
Quali transizioni danno origine a E1 – E2 ?
Quanta energia viene emessa o
assorbita nel corso di una
transizione atomica?
Quanta energia viene emessa o
assorbita nel corso di una
transizione atomica? Decine di KeV
correnti radio micro I.R. visibile UV X e alternate onde onde
10-12 10-8 10-4 10-1 100 102 107 eV
105 10-1 10-3 10-6 10-7 10-9 10-14 m
103 107 1011 1014 1015 1017 1022 Hz
SPETTRO ELETTROMAGNETICOSPETTRO ELETTROMAGNETICO
• Carica in moto accelerato emette onde elettromagnetiche
• Le onde elettromagnetiche vengono sempre emesse o assorbite nella materia sotto forma di fotoni
Quali transizioni danno origine a E1 – E2 ?
- le emissioni atomiche o molecolari interessano la zona dello spettro che va dall’infrarosso ai raggi X
f = E1-E2/h
ENERGIA DI LEGAME NUCLEARE
Numero di massa A
Energia di legame per nucleone (MeV)
8
050
Regione di massima stabilità
100
Per A 100, la repulsione coulombiana ( Z2 )
tende a prevalere sulla forza di nucleare forte
l’energia di legame decresce
Piu’ bassa per gli elementi di basso numero atomico, cresce rapidamente fino a raggiungere il valore quasi costante di circa 8 MeV
Nel corso di una transizione
nucleare vengono emessi decine di
MeV
correnti radio micro I.R. visibile UV X e alternate onde onde
10-12 10-8 10-4 10-1 100 102 107 eV
105 10-1 10-3 10-6 10-7 10-9 10-14 m
103 107 1011 1014 1015 1017 1022 Hz
SPETTRO ELETTROMAGNETICOSPETTRO ELETTROMAGNETICO
• Carica in moto accelerato emette onde elettromagnetiche
• Le onde elettromagnetiche vengono sempre emesse o assorbite nella materia sotto forma di fotoni
Quali transizioni danno origine a E1 – E2 ?
- le emissioni atomiche o molecolari interessano la zona dello spettro che va dall’infrarosso ai raggi X
- nelle transizioni nucleari vengono emessi raggi X e raggi
gamma (possono essere anche prodotti artificialmente)
f = E1-E2/h
correnti radio micro I.R. visibile UV X e alternate onde onde
10-12 10-8 10-4 10-1 100 102 107 eV
105 10-1 10-3 10-6 10-7 10-9 10-14 m
103 107 1011 1014 1015 1017 1022 Hz
SPETTRO ELETTROMAGNETICOSPETTRO ELETTROMAGNETICO
• Carica in moto accelerato emette onde elettromagnetiche
• Le onde elettromagnetiche vengono sempre emesse o assorbite nella materia sotto forma di fotoni
Quali transizioni danno origine a E1 – E2 ?
- le emissioni atomiche o molecolari interessano la zona dello spettro che va dall’infrarosso ai raggi X
- nelle transizioni nucleari vengono emessi raggi X e raggi gamma (possono essere anche prodotti artificialmente) - circuiti oscillanti danno origine a micro onde e onde radio
f = E1-E2/h
• Carica in moto accelerato emette onde elettromagnetiche
• Le onde elettromagnetiche vengono sempre emesse o assorbite nella materia sotto forma di fotoni
Quali transizioni danno origine a E1 – E2 ?
- le emissioni atomiche o molecolari interessano la zona dello spettro che va dall’infrarosso ai raggi X
- nelle transizioni nucleari vengono emessi raggi X e raggi gamma (possono essere anche prodotti artificialmente) - circuiti oscillanti danno origine a micro onde e onde radio
- emissione termica dall’infrarosso all’UV
f = E1-E2/h