Universit Cattolica del Sacro Cuore Sede di Brescia
Università Cattolica del Sacro Cuore Sede di Brescia Dipartimento di Matematica e Fisica Percorso atomo Laboratori estivi di Fisica Moderna Luglio 2018
(1) Thomson (2) Rutherford (3) Spettri a righe
thomson
ESPERIMENTO DI THOMSON CHI ERA J. J. THOMSON ● ● ● Fisico inglese (1856 -1940) Premio Nobel per la Fisica nel 1906 Teorizza che l’atomo è composto da particelle cariche positivamente e negativamente OBIETTIVI ● Mostrare l’esistenza di particelle subatomiche (elettroni) ● Ricavare il rapporto carica/massa dell’elettrone
Apparato sperimentale Generatore di tensione per bobine Righello a specchio Bobine di Helmholtz Bulbo di vetro Amperometro Generatore di tensione per cannone elettronico
Le bobine di Helmholtz Quando L=r, le bobine producono un campo magnetico uniforme nello spazio tra di esse.
Apparato di funzionamento 1. Estrazione di elettroni dal catodo mediante effetto termoionico (accelerazione degli elettroni mediante differenza di potenziale V). 2. deviazione del Fascio di elettroni da parte del campo magnetico generato dalle bobine, il campo è proporzionale alla corrente I nelle bobine.
v v Abbiamo trovato che: ● fissata I, il voltaggio V è direttamente proporzionale a r 2; ● fissato V, l’intensità I è inversamente proporzionale a r; ● possiamo calcolare il valore sperimentale di e/m.
formule conservazione dell’energia meccanica
ANALISI DATI raggio dx (m) (± 0, 001 m) raggio sx (m) (± 0, 001 m) 0, 034 0, 038 1, 72 210 1, 80052 2, 25% 0, 034 0, 039 1, 54 179 1, 86237 5, 49% 0, 038 1, 615 192 1, 8672 5, 74% 0, 031 0, 038 1, 76 210 1, 87239 6, 00% 0, 037 0, 045 1, 36 179 1, 89255 7, 00% 0, 034 0, 039 1, 72 228 1, 90166 7, 44% 0, 034 Intensità (A) (± 0, 01 A) Voltaggio (V) (± 1 V) e/m (1011 C/kg) Variazione dalla costante valore accettato e/m =1, 76*10 11 C/kg
V (V) r(m) 1/r I (A) r 1 r 2 200 0, 0442 5 22, 598 87 1, 26 0, 0425 0, 046 200 0, 0425 23, 529 41 1, 35 0, 045 200 0, 0395 25, 316 46 1, 4 0, 038 0, 041 200 0, 0385 25, 974 03 1, 49 0, 037 0, 04 200 0, 038 26, 315 79 1, 45 0, 037 0, 039 200 0, 036 27, 777 78 1, 51 0, 034 0, 038 verifica della proporzionalità inversa tra i e r
I(A) r(m) r² V(V) r 1 r 2 1, 52 0, 044 0, 0019 36 291 0, 043 0, 045 1, 52 0, 043 0, 0018 49 279 0, 042 0, 044 1, 52 0, 0415 0, 0017 22 265 0, 043 1, 52 0, 0405 0, 0016 4 251 0, 039 0, 042 1, 52 0, 0385 0, 0014 82 234 0, 037 0, 04 1, 52 0, 0375 0, 0014 06 226 0, 039 verifica della proporzionalità diretta tra 2 v e r.
considerazioni di thomson ● L’atomo è composto da cariche positive e negative ● Struttura: “atomo panettone” RISULTATI: I dati sperimentali ricavati sono più alti del valore teorico. Ciò è causato da errori sistematici dell’apparato sperimentale. I risultati restano comunque validi perchè sono costanti e coerenti tra di loro.
Rutherford
RUTHERFORD INTRODUZIONE Ernest Rutherford (18711937), fisico membro della Royal Society. Le sue prime ricerche furono relative alla magnetizzazione prodotta da onde elettromagnetiche. Poi, dal 1898, si dedicò allo studio della natura dell'emissione radioattiva, ricerca che lo portò alla formulazione di una nuova teoria sulla struttura atomica.
Procedimento e obiettivi Nell’esperimento L'esperimento viene utilizzata di una sorgente. Rutherford di particelle fu �� (95 Am), le quali, bombardando effettuato una per lamina d’oro, interagiscono sondare la struttura con le particelle dell'atomo di essa. Tramite e per un rilevatore provare di particelle la validità regolabile in angolodel è poi modello possibile atomico misurare il numero di di particelle Thomson. �� che attraversano la lamina. Si può così ottenere un grafico indicante il numero di eventi al variare dell’angolo. Oro Particelle �� Sorgente Schermo
apparato sperimentale Interfacce Manometro Sensore Sorgente di americio e lamina d’oro Pompa d’aria
Angoli piccoli (non si applicano a livello teorico) Previsione Analisi deiteorica dati Angolo (°)delineato Eventi (n) Tempo (s) Abbiamo analizzato i dati -50 54 3600 l’andamento teorico del raccolti per confrontarli -30 111 1200 con l’aspettativa teorica, grafico indicante il numero -25 81 300 considerando anche l’errore -20 596 600 in di collisioni al minuto -15 526 120 al sul numero di eventi funzione dell’angolo secondo -13 933 100 minuto dovuto all’intervallo la seguente funzione: -10 1688 di tempo limitato. 120 -7 -5 -3 0 5 1078 1981 697 664 382 60 120 240
Confronto dei dati teorici e sperimentali Per verificare la Angolo (°) Eventi (n) Tempo (s) concordanza tra 54 dati 3600 -50 teorici-30 e pratici, abbiamo 111 1200 -25 81 300 rappresentato graficamente -20 596 il loro rapporto. La 600 -15 526 120 massima-13 concordanza quindi 933 100 si ha quando il rapporto -10 1688 120 -7 1078 60 corrisponde ad un’unità. -5 -3 0 5 1981 697 664 382 120 60 120 240
Risultati e conseguenze storiche “Fu come sparare un proiettile da 15 pollici contro un foglio di carta e vedersi respingere il proiettile!” Risultati di Rutherford: ● ● Misurando la deflessione delle particelle si potevano ricavare informazioni sulla distribuzione di carica elettrica all'interno del nucleo dell'atomo. La maggioranza delle particelle non subiva deviazioni, ma un certo numero di esse subiva deviazioni più o meno consistenti. Conseguenze storiche: ● Rigetto del "modello a panettone" di Thomson a causa della differenza tra la deviazione aspettata e quella effettiva. ● Quest'esperimento portò alla formulazione da parte di Bohr di un nuovo modello atomico che costituì la base delle prime teorie quantistiche.
Spettri a righe
- Newton grande sviluppo nell' '800 come scienza empirica La comprensione e la spiegazione completa degli spettri elettromagnetici si ha nel '900 grazie all'avvento della meccanica quantistica. Studio e classificazione degli spettri Lo studio e l’osservazione degli spettri a righe permisero l’interpretazione della struttura dell’atomo. SPETTROSCOPI A Grazie alla meccanica quantistica (in particolare alle ipotesi di Max Planck), è stata possibile la spiegazione degli spettri a righe. Radiazione composta da più frequenze
introduzione all’esperimento: lo spettroscopio d sin �� = n �� �� =(d sin �� )/n LEGENDA d=passo reticolare (600 linee per millimetro, quindi d = 1666 nm) �� =angolo che si misura col goniometro n=ordine di diffrazione
Obiettivo 1: OSSERVARE SPETTRI
Obiettivo 2: confronto tra spettri di diversi elementi spettro a righe del neon spettro a righe del mercurio
spettro a righe dell’argon spettro a righe dell’idrogeno
ANALISI DATI: spettro idrogeno e confronto tra gruppi d sin �� = n ��
ANALISI DATI: spettro neon e confronto tra gruppi
gruppo di lavoro Atomo 1 -Sofia Tomasoni -Ikram El Majdoubi -Giorgia Bernardelli -Anita Garbelli -Filippo Olivetti Atomo 2 relatività -Andrea Romagnoli -Alice Michelazzi -Alessio Vorona -Andrea Rocca -Mariam Ghrissi Atomo 3 -Nicola Manenti -Niccolò Massimo -Davide Velardi -Lorenzo Bertassi -Giorgio Cavalleri
grazie per l’attenzione!
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