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 Ernest Rutherford (1871 -1937), fisico membro della Royal Society. INTRODUZIONE 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 utilizzatadi una Rutherford sorgentefudieffettuato particelle �� le 95 Am), ( quali, bombardando per una sondare lamina la struttura d’oro, interagiscono dell'atomo econ per le particelle di essa. Tramite un provare rilevatore la validità di particelle del modello regolabileatomico in angolo di è poi possibile Oro misurare il numero di particelle �� Thomson. che attraversano la lamina. Si può così ottenere un grafico indicante il numero di eventi al variare dell’angolo. Particelle �� Sorgente Schermo
apparato sperimentale Interfacce Manometro Sensore Pompa d’aria Sorgente di americio e lamina d’oro
Angoli piccoli (non si applicano a livello teorico) Previsione Analisi deiteorica dati Angolo (°) l’andamento Eventi (n) teorico Tempodel(s) Abbiamo grafico con Abbiamodelineato analizzato i dati raccolti per confrontarli -50 54 3600 indicante il numero collisioni in funzione l’aspettativa teorica, diconsiderando anche l’errore sul -30 111 al minuto 1200 numero disecondo eventi dovuto all’intervallo di tempo dell’angolo seguente funzione: -25 allaminuto 81 300 limitato. -20 596 600 -15 -13 -10 -7 -5 -3 0 5 526 933 1688 1078 1981 697 664 382 120 100 120 60 120 240
Confronto dei dati teorici e sperimentali Per Angolo verificare(°) la concordanza tra dati teorici e pratici, Eventi (n) Tempo (s) abbiamo rappresentato graficamente rapporto. La -50 54 il loro 3600 -30 massima concordanza quindi 111 si ha quando 1200 il rapporto 300 corrisponde ad-25 un’unità. 81 -20 -15 -13 -10 -7 -5 -3 0 5 596 526 933 1688 1078 1981 697 664 382 600 120 100 120 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: Conseguenze storiche: ● Misurando la deflessione delle particelle si potevano ricavare informazioni sulla distribuzione di carica elettrica all'interno del nucleo dell'atomo. ● Rigetto del "modello a panettone" di Thomson a causa della differenza tra la deviazione aspettata e quella effettiva. ● La maggioranza delle particelle non subiva deviazioni, ma un certo numero di esse subiva deviazioni più o meno consistenti. ● 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 2 - relatività Atomo 1 -Sofia Tomasoni -Andrea Romagnoli -Alice Michelazzi Atomo 3 -Nicola Manenti -Ikram El Majdoubi -Alessio Vorona -Giorgia Bernardelli -Andrea Rocca -Davide Velardi -Anita Garbelli -Mariam Ghrissi -Lorenzo Bertassi -Filippo Olivetti -Niccolò Massimo -Giorgio Cavalleri
grazie per l’attenzione!
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