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La fisica quantistica.

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by

Francesca Stanziola

on 19 May 2016

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Transcript of La fisica quantistica.

Il dualismo onda-particella
Il dualismo onda-particella è la principale causa della messa in discussione di tutte le teorie della fisica classica.
Questa teoria si può applicare anche alla luce; ricordiamo l'esperimento di Young, molto importante perché verrà ripreso in seguito da Richard Feynman.
L'effetto fotoelettrico
L’effetto fotoelettrico è il fenomeno che si manifesta con l'emissione di particelle elettricamente cariche da parte di un corpo esposto a onde luminose o a radiazioni elettromagnetiche di varia frequenza: gli elettroni vengono emessi dalla superficie di un conduttore metallico (o da un gas) in seguito all'assorbimento dell'energia trasportata dalla luce incidente sulla superficie stessa.
Planck soteneva che la radiazione luminosa di frequenza ν è composta da particelle corpuscolari. Per riuscire a strappare un elettrone a una superficie metallica, l’energia del fotone deve essere più grande dell’energia di legame dell’elettrone nel metallo (W).
La teoria ondulatoria classica prevedeva però che, all'aumentare dell'intensità della luce incidente, aumentasse l'energia degli
elettroni emessi.
L'esperimento della doppia fenditura

Nel 1927 Davisson e Germer ebbero la prova sperimentale di tale comportamento: osservarono figure di diffrazione facendo attraversare un cristallo di nichel da un fascio di elettroni
L’esperimento delle due fenditure permette di dimostrare la dualità onda-particella della materia. Questa volta vennero usate lastre rilevatrici moderne e una sorgente estremamente debole di luce o elettroni.
Il postulato di plank
rappresenta uno dei primi postulati della meccanica quantistica, volto a giustificare la quantizzazione dei livelli energetici di un corpo nero esso ci dice che:
Qualsiasi grandezza fisica con un grado di libertà la cui “coordinata” è una funzione sinusoidale del tempo può possedere solo energie totali E tali che sia soddisfatta la relazione
E=nhv
dove v è la frequenza di oscillazione della grandezza fisica nel tempo,
h è la costante di Planck ed
n è un numero intero non
negativo.
La fisica quantistica è la teoria fisica che descrive il comportamento della materia, della radiazione e di tutte le loro interazioni viste sia come fenomeni ondulatori sia come fenomeni particellari.
La fisica quantistica.
-Nel 1803 gli atomi erano considerati i costituenti fondamentali della materia.
-Nel 1874 G. Stoney scoprì l’elettrone e poi Rutherford il nucleo atomico, caricato positivamente, circondato da elettroni carichi negativamente. Però seguendo la teoria elettromagnetica di Maxwell sulle cariche in moto accelerato, si giunse alla conclusione che l’atomo avrebbe dovuto collassare...invece la materia che osserviamo continuamente è stabile.

-A cavallo tra il XIX e il XX secolo lo studio dell’effetto fotoelettrico mise in discussione la completezza della meccanica classica, suggerendo che la radiazione elettromagnetica avesse il duplice comportamento ondulatorio e corpuscolare durante l’interazione con la materia.

-Nel 1902, il fisico tedesco
Philipp Lenard mostrò invece che l'energia dei fotoelettroni non dipendeva dall’intensità di illuminazione, ma dalla frequenza della radiazione incidente.
-Nel 1905 Albert Einstein spiegò l'effetto fotoelettrico con l'ipotesi che i raggi luminosi trasportassero particelle, chiamate fotoni, la cui energia è direttamente proporzionale alla frequenza dell’onda corrispondente.
-De Broglie nel 1924 ipotizzò che
tutta la materia manifestasse
lo stesso dualismo.
Aprendo soltanto una fenditura sulla lastra fotografica si ottiene la proiezione della fenditura. La luce risponde quindi perfettamente alla teoria corpuscolare di Newton. Ora, provando a prevedere che figura risulterebbe dall’apertura contemporanea di entrambe le fenditure, secondo la teoria corpuscolare si verificherebbe la semplice sovrapposizione delle due figure precedenti.
In realtà, quella che si genera è una figura di interferenza, ovvero in questo caso la luce si comporta come un’onda meccanica: sulla lastra fotografica avremmo in alcuni punti sovrapposizioni di picchi o ventri, in altri cancellazioni. Ciò dimostra inequivocabilmente l'esistenza del dualismo onda-corpuscolo, sia della materia che della radiazione elettromagnetica.
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