CORSO DI LAUREA IN OTTICA E OPTOMETRIA

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1 CORSO DI LAUREA IN OTTICA E OPTOMETRIA Anno Accademico CORSO di FISCA ED APPLICAZIONE DEI LASERS Questionario del Primo appello della Sessione Estiva NOME: COGNOME: MATRICOLA: VOTO: /30 COSTANTI E VALORI NECESSARI ALLO SVOLGIMENTO; h=4, ev*s ; c =, m/s ; me = 9, 0-3 Kg ; Angstrom = 0-0 m ; e =,6 0-9 C Valo re Domanda Risposte X La distribuzione spettrale della radiazione di un corpo nero dipende Dalla temperatura del corpo Dal materiale di cui il corpo e' costituito Dalle dimensioni del corpo Nell'effetto fotoelettrico, l'intensità della corrente massima dipende dall'intensità della radiazione incidente con legge di proporzionalità Inversa Non dipende Diretta Uno dei postulati di Bohr è che gli atomi eccitati emettano luce con spettro di frequenza Continuo A righe quantizzate A bande permesse

2 L'energia cinetica massima degli elettroni emessi nell'effetto fotoelettrico dipende dalla frequenza della luce incidente con legge Lineare Logaritmica Non dipende La lunghezza d'onda di de Broglie di un elettrone dipende Dalla massa Dalla quantità di moto Dall'inverso della velocità La distribuzione spettrale classica della radiazione di un corpo nero genera la "catastrofe ultravioletta" in quanto Implica uno spettro di frequenze emesse discreto Implica una potenza emessa totale infinita Implica una frequenza massima emessa limitata Un microscopio elettronico che utilizza fasci di elettroni da 00KeV permette di ottenere risoluzioni superiori a quelle di un microscopio ottico che funzioni con luce visibile in quanto Gli elettroni sono dotati di carica ed i fotoni no La velocità degli elettroni è superiore a quella dei fotoni La lunghezza d'onda degli elettroni e minore di quella dei fotoni La minima energia di una particella confinata in un segmento di spazio lineare limitato è Nulla Direttamente proporzionale alla lunghezza del segmento Inversamente proporzionale al quadrato della lunghezza Il valore medio, o valore di aspettazione, di una grandezza è il valore che assume: Ogni singola misura della grandezza La media dei valori di molte identiche misure ripetute Un'ipotetica misura ideale non realizzabile sperimentalmente Il principio di esclusione di Pauli impone che uno stesso stato quantistico non possa essere occupato da più di: Due particelle dotate di spin Sei elettroni Due particelle prive di spin Un elettrone è descritto da un pacchetto d'onda. La velocità di propagazione della particella è: Uguale alla velocità di fase della funzione d'onda Uguale alla velocità di gruppo della funzione d'onda Uguale alla metà della velocità di gruppo della funzione d'onda

3 La configurazione fondamentale del carbonio è (s s p ) ma nella molecola di metano(ch 4 ) da luogo a 4 legami con altrettanti atomi di idrogeno. Ciò avviene Perché uno stato eccitato da luogo ad ibridazioni sp 3 Per effetto del principio di esclusione di Pauli Per rendere antisimmetriche le funzioni d'onda L'energia minima di un oscillatore armonico quantistico vale 0 h/π (h/)*((k/µ) / )/(π) La regola di selezione per transizioni fra stati vibrazionali di stati elettronici diversi è ν qualsiasi ν = 0 ν = I livelli energetici delle rotazioni di una molecola biatomica sono quantizzati per effetto Del principio di indeterminazione Della quantizzazione del momento angolare Del moto del baricentro della molecola La regola di selezione per transizioni fra stati vibrazionali di uno stesso stato elettronico è ν qualsiasi ν = 0 ν = Il potenziale di contatto che si stabilisce fra metalli diversi posti fra di loro in contatto dipende Dal diverso momento angolare degli orbitali atomici ibridizzati Dalle diverse energie di legame degli elettroni al livello di Fermi Dal diverso tempo di vita media degli stati eccitati del solido Alla temperatura T=0 K l'occupazione degli stati di elettrone libero in un solido è: sino al livello di Fermi, 0 per tutti gli altri stati sino a 80% del livello di Fermi, 0 sopra l'energia di Fermi Decrescente esponenzialmente al crescere dell'energia Per effetto del principio di Pauli, uno stato atomico caratterizzato dai numeri quantici n=3 ed l= può essere occupato da un numero di elettroni massimo pari a 0 6

4 Le regole di selezione di dipolo per l'assorbimento di fotoni da parte di un atomo prevedono che la differenza fra il numero quantico angolare l dello stato finale e dello stato iniziale possa valere - 0 In un atomo il numero totale di possibili stati elettronici con numero quantico principale n= è 6 8 Lo stato di un elettrone atomico è caratterizzato dal numero quantico di momento angolare l=, valori possibili per i numeri quantici n ed m sono: n=0, m= n=, m=0 n=3, m= Il modulo del momento angolare L di un elettrone legato in uno stato con numero quantico angolare l= vale h/π,4*h/π La funzione d'onda di un elettrone limitato in una zona di spazio da barriere di potenziale di altezza finita decresce esponenzialmente Mai Nella zona di spazio compresa fra le barriere Al di fuori della zona di spazio compresa fra le barriere L'energia minima per un elettrone libero e confinato all'interno di un solido vale E 0. Se nel solido gli elettroni liberi sono N l'energia di Fermi vale: N *E 0 (N/) *E 0 (N/)*E 0 L'energia di legame dello stato s dell'idrogeno è -3.6 ev rispetto al livello di vuoto. La lunghezza d'onda minima della radiazione elettromagnetica emessa nel processo di decadimento di un atomo di idrogeno eccitato vale quindi: 95 nm 95 Angstroms 9.5 Angstroms Se lo stato eccitato di un atomo ha una vita media di 0-4 s, il processo di decadimento spontaneo verso lo stato fondamentale genererà fotoni la cui energia avrà un'incertezza il cui scarto quadratico medio è : 0 ev maggiore o uguale a 3.9 mev minore o uguale a 3.3 ev

5 La funzione d'onda unidimensionale Φ(x) di una particella è costante e diversa da 0 per x compreso fra 0 e 0 nm, 0 per qualsiasi altro valore di x. La probabilità di trovare detta particella nel segmento compreso fra x= 5 nm e x= 7 nm vale: 0,0 0,0,0 Il lavoro di estrazione del tungsteno è 4.58eV. Utilizzando luce di lunghezza d'onda di 00 nm per eseguire un esperimento di fotoemissione da questo materiale, si troverà che il potenziale di arresto dei fotoelettroni vale:,6 V 60 V 6 mv Un elettrone ha lunghezza d'onda di de Broglie di 00nm e quindi la sua energia cinetica vale, KeV 38, µev 38, mev NOTA La somma totale dei punti delle risposte è 36. Il punteggio da assegnare al questionario verrà determinato sommando il valore delle risposte esatte e sottraendo /3 del valore per quelle sbagliate.

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