Prof. Roberto Falciani
Dipartimento di Fisica e Astronomia Università di Firenze
Introduzione qualitativa alla
Meccanica quantistica
Liceo Varchi – Ott./Nov. 2013
La Terra esiste, come la vediamo, perché esiste il SOLE, come lo vediamo.Il SOLE ci invia l’ENERGIA necessaria alla nostra VITA sotto forma di
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
cioè ENERGIA (Joule, Cal.?) che si propaga nel vuoto tramiteONDE ELETTROMAGNETICHE (ELM) con una velocità di circa 300000 Km/s
Campi elettromagnetici (cioè elettrici e magnetici intrinsecamente collegati l’uno all’altro) sono in grado di applicare FORZE alle cariche elettriche che incontrano nel loro percorso.
Le ONDE ELM monocromatiche sono caratterizzate da 2 parametri fondamentali:frequenza (f) e lunghezza d’onda (λ) legate dalla relazione λ x f = c (1/f=T periodo)
Qualunque corpo emette (ma anche assorbe!) ONDE ELETTROMAGNETICHE (ELM).Un “radiatore” perfetto è capace di emettere e assorbire ONDE ELM di qualunque λ e fsi chiama CORPO NERO.
Ricordiamo solo due leggi dell’emissione del CORPO NERO:
Legge di Stefan: P = σ T⁴ ∙ Legge di Wien: λ (MAX) T = 0.2897 cm K∙
Spettro della radiazione solare; notare le spesse bande di assorbimento nell’IR, origine dell’effetto serra
EffettoFotoelettrico(Lenard, 1902)
Apparato per esperienza di J.J.Thomson (1897)Viene misurata la carica specifica dell’elettrone:e/m = - 1.75588 10¹¹ C/Kg (valore attuale)∙
Per esperienza di Millikan (misura carica dell’elettrone) vedere:hep.fi.infn.it/ol/samuele/_piano_lauree_scient/Millikan.pdf
e = - 1.6022 10⁻¹⁹ C∙
Esperienza di Rutherford – Geiger – Marsden (1911)
Spettro idrogeno
Diagramma di Grotrian per idrogeno
Esperienza diFranck-Hertz
Lunghezze d’onda dellerighe delle serie diLyman (UV)Balmer (visibile)Paschen (IR)dell’H
Determinazione energieassociate alle righe misuratenelle prime 3 serie spettralidell’H (con hp quantistiche)
Fitting (manuale!) della formula di Balmer ai dati ottenuti dalle misure
Fitting (manuale!) per la serie di Lyman (N.B.: torna con Balmer!!)
Fitting (manuale!) per la seriedi Paschen; accordo con ivalori ottenuti per Balmer eLyman, quindi siamo confidenti che i risultatiottenuti rappresentinoeffettivamente qualcosa di“reale” nella struttura fisicadell’atomo di H.
Profilo di diffrazione (Fraunhofer) da fenditura singola
Diffrazione ed interferenza di un’onda elm piana monocromaticasu due fenditure adiacenti (esper. di Young)
Figura di diffrazione con raggi X
Figura di diffrazione ottenuta cone⁻ aventi la stessa lunghezza d’ondadi De Broglie dei raggi X sopra detti
Schema dispositivo sperimentaleper ottenere figure di diffrazioneda raggi X e da e⁻
Esperienza diDavisson-Germer
Esperienza di Tonomura (1989) sulla diffrazionee interferenza di un fascio di elettronimonoenergetici su un sistema di due fenditureeffettuato con diversi flussi di elettroni:a) → 10 e⁻ b) → 200 e⁻ c) → 6000 e⁻ d) → 40000 e⁻ e) → 140000 e⁻
Evidente il comportamento identico a quellodi un’onda elm monocromatica (per flussostatisticamente “sufficiente” di e⁻!) , che dimostratangibilmente il cosidetto dualismoonda-corpuscolo a livello microscopico dellamateria.
SpostamentoComptondi raggi Xdiffusi da atomi di C
Esperienza di Stern-Gerlach (1923): dimostrò l’esistenza dello spin
Esperienza diStern-Gerlach:
dettagli
Effetto tunnel : particelle atomiche hanno una probabilità non nulladi poter “passare” una barriera di potenziale (v. emissione α da nuclei)