venerdì 29 gennaio 2016

STORIA DEL MODELLO ATOMICO


COME è FATTO L'ATOMO?

 Il video ripercorre brevemente l'evoluzione storica del modello atomica da Democrito  arrivando ai giorni nostri (ITA)

MODELLO ATOMICO "A PANETTONE" :
Nel 1897 il fisico inglese Thomson studiando i raggi catodici scopre l'elettrone e misura il suo rapporto carica massa.La massa dell'elettrone m=9,1x10^-31Kg risultava migliaia di volte più piccola di quella dell'atomo. Inoltre l'atomo risultava elettricamente neutro e formato da cariche che emettono
onde elettromagnetiche. Intorno al 1907, Thomson propose un modello atomico detto "a panettone" dove le uvette erano gli elettroni immersi e sparpagliati nella grande carica positiva dell'atomo (il panettone).

MODELLO PLANETARIO DI RUTHERFORD 
Intorno al 1908 il fisico neozelandese Rutherford utilizza particelle alfa (nuclei di elio 2p 2n con carica positiva +2e) per bombardare una lamina d'oro. Su uno schermo posto intorno alla lamina si osservavano le scintillazioni prodotte dalle particelle alfa diffuse.
Nell'esperimento molte particelle alfa superavano l'ostacolo praticamente indisturbate mentre alcune venivano deflesse a volte con angoli molto grandi (alcune addirittura tornavano indietro).
https://phet.colorado.edu/sims/html/rutherford-scattering/latest/rutherford-scattering_it.html
con questa simulazione si può ripetere l'esperimento
 
Questi fatti non si accordavano con il modello "a panettone"
Rutherford capì che  l'atomo era in gran parte VUOTO (e questo spiegava il passaggio di molte particelle ) e che dentro l'atomo vi era un NUCLEO piccolo dotato di grande massa e di carica POSITIVA capace di far deviare le particelle alfa. Dalla deviazione subita dalle particelle alfa riesce a determinare le dimensioni del nucleo: r=5x10^-15m

Ne consegue il modello PLANETARIO dell'atomo formato da un nucleo centrale con carica positiva Ne (dove e è la carica dell'elettrone e N è il numero di elettroni). Nel nucleo è concentrata tutta la massa. N elettroni  ruotano intorno al nucleo per effetto dell'attrazione elettrostatica.
Inoltre ogni elemento era caratterizzato da un particolare valore di N.
PROBLEMA del modello planetario: Gli elettroni per effetto della rotazione avrebbero dovuto perdere energia irradiando onde elettromagnetiche (cariche accelerate) e l'atomo sarebbe risultato instabile. Quindi secondo la teoria dell'elettromagnetismo gli elettroni colassavano sul nucleo.
esperimento di Rutherford

ATOMO DI BOHR (interpretazione quantistica): Nel 1913 Bohr risolse il problema fornendo un'interpretazione quantistica. Le ipotesi sono:
1) esistono orbite stabili associate ad una determinata energia dove l'elettrone può girare senza irradiare.
2) la transizione dell'elettrone da un'orbita di energia E1 ad un'orbita di energia E2 avviene solo per assorbimento o emissione di un quanto di energia hf=|E1-E2|
3)anche il momento angolare dell'elettrone è quantizzato cioè può essere solo multiplo intero di una certa quantità :
Altro video della RAI sulla storia del modello atomico . Rispetto al primo si concetra maggiormente sulla fisica del novecento. (ITA)

I RAGGI CATODICI 



Per effetto termoelettronico un filamento incandescente (catodo) rilascia delle particelle che sono attirate dall'anodo e formano quelli che inizialmente furono chiamati raggi catodici.  Si capì che erano particelle cariche negativamente da come venivano deviati da un magnete. (ITA)


ESPERIMENTO DI RUTHERFORD



Video documentario sul Bohr e il suo modello atomico - 1 parte


Video documentario su Bohr e il suo modello atomico - 2 parte

 storia sintetica del modello atomico (video Treccani)

DECADIMENTO ALFA BETA E GAMMA


ELEMENTO CHIMICO (numero di massa A e numero atomico Z)


 Un elemento chimico è caratterizzato dal numero di protoni (NUMERO ATOMICO). Se cambia il numero atomico cambia anche l'elemento chimico. Ad esempio l'idrogeno ha 1 protone mentre l'elio ha 2 protoni. A parità di numero di protoni, si possono avere diverso numero di NEUTRONI. In questo caso si parla di ISOTOPI dell'elemento chimico considerato .  La somma dei NUCLEONI ( protoni+neutroni) è il NUMERO DI MASSA. Ad esempio un atomo di idrogeno (1 protone) con 2 neutroni è un isotopo dell'idrogeno detto DEUTERIO. Maggiore è il numero di massa e maggiore è l'istabilità dell'atomo.

A cosa è dovuta l'instabilità. I protoni sono cariche positive e quindi sono sottoposte alla repulsione elettrostatica. I protoni e i neutroni quando sono vicini sono sottoposti anche all'interazione forte. I neutroni non contribuiscono all'interazione elettrostatica perchè privi di carica. Contribuiscono invece all'interazione forte.

 
questa videolezione (ITA) spiega in modo semplice la radioattività
 
DECADIMENTO ALFA
Il decadimento alfa consiste nell'emissione di una particella alfa che è in un nucleo di ELIO (2 protoni+ 2 neutroni). Un elemento X con numero atomico n e numero di massa m che ha questo tipo di decadimento si trasforma in elemento Y con numero atomico n-2 e con numero di massa m-4. ad esempio:

DECADIMENTO BETA -
In questo tipo di decadimento un NEUTRONE si trasforma in un PROTONE con la contemporanea emissione di un elettrone (detta particella BETA MENO) e un ANTINEUTRINO ELETTRONICO.
Un elemento X con numero atomico n e numero di massa m che ha questo tipo di decadimento si trasforma in elemento Y con numero atomico n+1 (i protoni sono aumentati di 1) e con numero di massa m che rimane lo stesso.
DECADIMENTO BETA +
In questo tipo di decadimento un PROTONE si trasforma in un NEUTRONE con la contemporanea emissione di un POSITRONE (antiparticella dell'elettrone) e un NEUTRINO ELETTRONICO. Un elemento X con numero atomico n e numero di massa m che ha questo tipo di decadimento si trasforma in elemento Y con numero atomico n-1 e con numero di massa m che rimane lo stesso.

mercoledì 20 gennaio 2016

CIRCUITI E LEGGI DI OHM





Un generatore svolge un lavoro sulle cariche riportandole dal potenziale negativo (basso) a quello positivo (alto) .
La forza elettromotrice del generatore (f.e.m.) è Il lavoro svolto dal generatore su unità di carica. Si misura in Volt. In analogia con il caso gravitazionale, il generatore ha la stessa funzione di una pompa idraulica che riporta l'acqua al dislivello iniziale. In questa analogia la resistenza rappresenta una cascata (caduta di potenziale) e la corrente è il flusso dell'acqua. Vedi il video.

I LEGGE DI OHM: la differenza di potenziale V applicata alle estremità di un filo conduttore è direttamente proporzionale all'intesità di corrente: V=Ri

La costante di proporzionalità è la resistenza R del conduttore. L'unità di misura e l'Ohm.
La resistenza è dovuta al moto caotico degli elettroni e dei continui urti con il reticolo cristallino del conduttore.
I conduttori per i quali vale la prima legge di Ohm si dicono ohmici .

Si chiama CURVA CARATTERISTICA di un materiale il grafico i-V. I conduttori ohmici hanno come curva caratteristica una retta per l'origine.
1/R è il coefficiente angolare della retta. Maggiore è R minore è la pendenza della retta.
Il filamento ad incandescenza non è ohmico. Lo si vede dalla sua curva caratteristica.
La resistenza di un conduttore dipende dalle sue caratteristiche geometriche, dal materiale e dalla temperatura. 
II legge di Ohm
La resistenza di un filo conduttore è direttamente proporzionale alla lunghezza del filo l e inversamente proporzionale alla sua sezione S.
la costante di proporzionalità è detta RESISTIVITA' e dipende dal materiale e dalla sua temperatura:
La resistenza aumenta all'aumentare della temperatura. Ed è per questo motivo che il filamento incandescente di tugsteno non è una resistenza ohmica.



EFFETTO JOULE:
La potenza elettrica è il rapporto tra il lavoro per fatto dalle forze del campo elettrico per spostare cariche e il tempo impiegato :
Quindi risulta uguale al prodotto tra la d.d.p. e la corrente: P=iV
Nelle resistenze, la potenza elettrica è dissipata sotto forma di calore (effetto Joule)