Quanti di luce Ovvero come il giovane Albert
Quanti di luce Ovvero come il giovane Albert nel 1905 spiega l’effetto fotoelettrico, uno dei fenomeni fisici che più metteva in crisi la teoria elettromagnetica classica, ed inaugura (suo malgrado) la meccanica dei quanti. Questa presentazione raccoglie gli appunti riveduti delle lezioni sull’effetto fotoelettrico per la classe VB e VD del Liceo Scientifico Spallanzani di Reggio Emilia tenute nel periodo ottobre-novembre 2006 e della lezione effettuata nell’ambito del progetto “Scuole Aperte” nella primavera del 2008. Tiziana Segalini 2009 1
I colori di Newton Tiziana Segalini 2009 2
La riflessione Tiziana Segalini 2009 3
La riflessione interna Tiziana Segalini 2009 4
La rifrazione Tiziana Segalini 2009 5
La spiegazione ondulatoria di Huygens Tiziana Segalini 2009 6
Misure della velocità della luce (Fizeau e Foucault) la velocità della luce nell’aria è maggiore di quella negli altri mezzi Tiziana Segalini 2009 7
La doppia fenditura di Young Tiziana Segalini 2009 8
E’ la vittoria della teoria ondulatoria su quella corpuscolare Tiziana Segalini 2009 9
La ricerca delle onde elettromagnetiche Maxweel nel 1873 prevede che perturbazioni del campo elettrico e magnetico si autocreino e si autosostengano propagandosi nello spazio alla velocità pari a quella della luce. Tiziana Segalini 2009 10
La scoperta dell’effetto fotoelettrico Nel 1887, al Politecnico di Karlsruhe, Heinrich Hertz produceva onde elettromagnetiche utilizzando un’ antenna oscillante (che produceva scariche: a spark gap) e li riceveva con una antenna analoga. Più tardi osservò che, quando raggi ultravioletti UV illuminavano l’antenna, si ottenevano scariche migliori e che illuminando con UV un elettroscopio carico negativamente (ma non positivamente) lo si poteva scaricare. In questo modo aveva scoperto l’effetto fotoelettrico. Heinrich Rudolph Hertz (1857 - 1894) J. J. Thomson ipotizzò che i raggi ultravioletti causassero l’emissione di elettroni da parte di alcune superfici metalliche. Dimostrò inoltre che le particelle emesse avevano lo stesso rapporto carica/massa q/m dei raggi catodici. Tiziana Segalini 2009 11
L’apparecchiatura di Hertz Tiziana Segalini 2009 12
Lo studio dell’effetto fotoelettrico Lenard era uno studente di Hertz e nel 1900 studiò l’effetto fotoelettrico con l’apparecchio di cui esamineremo lo schema. Illmuminando il catodo (potenziale negativo) con UV e osservando la corrente anodica (dal catodo all’anodo) prodotta, in presenza di un potenziale ritardante, trovò alcune sconcertanti caratteristiche dell’effetto fotoelettrico che gli valsero nel 1905 il premio Nobel per la fisica. Tiziana Segalini 2009 Phillip von Lenard (1862 - 1947) 1905 Nobel Prize 13
Schema dell’apparecchio Tiziana Segalini 2009 14
L’apparecchio sperimentale di Lenard (assai simile a quello che useremo noi) Tiziana Segalini 2009 15
I dettagli dell’effetto fotoelettrico 1. La corrente I è proporzionale all’intensità della luce; 2. La corrente I non ritarda quando la luce viene accesa, anche a basse intensità; 3. Quando DV è negativo, la corrente si arresta a –Vs. (potenziale di arresto) 4. Il valore di Vs è indipendente dalla intensità degli UV ma dipende dal tipo di metallo. Tiziana Segalini 2009 16
La frequenza di soglia Tiziana Segalini 2009 17
Come interagisce l’onda eletromagnetica con le particelle cariche? Tiziana Segalini 2009 18
L’energia dell’onda è proporzionale al quadrato dell’ampiezza Ampiezza E t (s)
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