DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
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- Paola Bevilacqua
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1 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE PERCORSO DI DIVULGAZIONE SCIENTIFICA PER SPIEGARE IN MODO ELEMENTARE ED ACCESSIBILE A TUTTI COM' E' FATTO E COME FUNZIONA IL MONDO FISICO DAI QUARK AL DNA, DALLE STELLE ALLE GALASSIE, DAL BIG BANG ALL' UNIVERSO ATTUALE ED OLTRE RELATORE: PROF. ANTONINO CUCINOTTA
2 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE I INTRODUZIONE ALLA STRUTTURA ATOMICA DELLA MATERIA: DAGLI ATOMI DI LEUCIPPO E DEMOCRITO ALLA TEORIA ATOMICA DI DALTON, AVOGADRO E CANNIZZARO FONDATORI DELLA CHIMICA MODERNA
3 CALCOLI IN NOTAZIONE SCIENTIFICA MULTIPLI 10 = = 10 x 10 = = 10 x 10 x 10 = 103 = Kilo, K = 10 x 10 x 10 x 10 = = 10 x 10 x 10 x 10 x 10 = = 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 = 106 = Mega, M = 1000 K = 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 = = 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 = 109 = Giga, G = 1000 M = 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 = 109 = Tera, T = 1000 G
4 Sottomultipli 0,1 = 1/10 = 10-1, deci, d 0,01 = 1/100 = 10-2,centi, c 0,001 = 1/1000 = 10-3,milli, m 0, = 1/ = 10-6,micro, μ 0, = 1/ = 10-9,nano, n 0, = 1/ = 10-12, pico, p 0, = 1/ = 10-15, femto,f
5 ESEMPI 5 x 104 x 8 x10-3 = 40 x 10(4-3) = 40 x 10 = ,7 x : 7,4 x ,175 x 10( ) = = 6,175 x 103
6 ESEMPI CALCOLO DEL TEMPO T IMPIEGATO DALLA LUCE SOLARE PER RAGGIUNGERE LA TERRA d: distanza media Terra-Sole = Km = c: velocità della luce nel vuoto = km/s T = d/c = 150 x 106 / 3 x 105 = 50 x 10(6-5) secondi = =500 s = 500/60 minuti 8,33 minuti
7 ESEMPI 1 ANNO LUCE (A. L.) = = Km/s x 3600 x 24 x 365 = = 3 x 105 x x 365 = 3 x 105 x 8,64 x 104 x 3,65 x 102 Km = = 3 x 8,64 x 3,65 x 10 ( ) Km 94,608 x Km = = 9,4608 x 1012 Km = 9460,8 x 109 Km = 9460,8 miliardi di Km
8 ESEMPI CARICA DELL' ELETTRONE e = 1,6 x C (Coulomb) Un ferro da stiro da 2000 W assorbe,alimentato a 230 V, una corrente con intensità I = 2000/230 8,695 A (Ampere) = 8,695 Coulomb/s, che equivale allo spostamento lungo il filo di 8,695 : 1,6 x ,343 x 1018 elettroni/secondo. La corrente di 1 A = 1 Coulomb/secondo equivale allo spostamento di 1/1,6 x ,25 x 1018 elettroni/secondo
9 ESEMPI MASSA DEL PROTONE : Mp = 1,673 x Kg MASSA DELL' ELETTRONE Me = 0,91 x Kg IL PROTONE HA UNA MASSA Mp/Me = 1,673 x 10-27/ 0,91 x ,838 x 103 = = 1838 VOLTE MAGGIORE DI QUELLA DELL' ELETTRONE
10 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE LEUCIPPO DI MILETO
11 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE DEMOCRITO DI ABDERA
12 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE L' ANTICA GRECIA
13 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE JOHN DALTON
14 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE AMEDEO AVOGADRO
15 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE STANISLAO CANNIZZARO
16 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE DIMITRI MENDELEEV
17 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE LA TAVOLA PERIODICA DEGLI ELEMENTI (DI MENDELEEV)
18 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE WILLIAM CROOKES
19 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE TUBI DI CROOKES (SCARICA ELETTRICA IN UN GAS RAREFATTO)
20 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE TUBO A RAGGI CATODICI
21 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE HEINRICH HERTZ NEL 1886 GENERA E RIVELA A BREVE DISTANZA LE ONDE ELETTROMAGNETICHE PREVISTE TEORICAMENTE DA MAXWELL
22 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE ONDE ELETTROMAGNETICHE
23 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE SPETTRO DELLE ONDE ELETTROMAGNETICHE
24 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE SPETTRO DELLE ONDE ELETTROMAGNETICHE
25 RIFLESSIONE E RIFRAZIONE DELLA LUCE
26 LA DISPERSIONE DELLA LUCE ATTRAVERSO UN PRISMA
27 SINTESI DELLA LUCE BIANCA CON IL DISCO DI NEWTON
28 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE DIFFRAZIONE DELLE ONDE ELETTROMAGNETICHE
29 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE WIHLELM CONRAD ROENTGEN SCOPRE I RAGGI X (1895)
30 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE MODERNO TUBO A RAGGI X (DI COOLIDGE)
31 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE HENRY BECQUEREL SCOPRE LA RADIOATTIVITA' DEI SALI D'URANIO (1896)
32 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE I CONIUGI CURIE SCOPRONO IL POLONIO ED IL RADIO ( ).
33 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE JOSEPH THOMSON SCOPRE L' ELETTRONE (1897)
34 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE II MATERIA E RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA I PIONIERI DELLA FISICA DEL XX SECOLO MAX PLANCK SPIEGA LO SPETTRO DEL CORPO NERO ENUNCIANDO IL PRINCIPIO DI QUANTIZZAZIONE DELL 'ENERGIA (1900)
35 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
36 FRANUNHOFER INVENTA IL RETICOLO DI DIFFRAZIONE (1814) E STUDIA LO SPETTRO SOLARE
37 SPETTRO DI ASSORBIMENTO SOLARE
38 SPETTRI DI EMISSIONE E DI ASSORBIMENTO DEL SODIO
39 I RAGGI ULTRAVIOLETTI : UVA, UVB, UVC
40 KIRCHHOFF E BUNSEN INVENTANO LO SPETTROSCOPIO (1859)
41 SPETTROSCOPIO
42 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE ALBERT EINSTEIN SPIEGA L' EFFETTO FOTOELETTRICO CON L' IPOTESI DEI FOTONI (1905) (QUANTI DI ENERGIA ELETTROMAGNETICA)
43 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
44 ATOMO DI THOMSON
45 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE ERNEST RUTHERFORD SCOPRE IL NUCLEO ATOMICO (1911)
46 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
47 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE NIELS BOHR ELABORA LA TEORIA QUANTISTICA DELL' ATOMO DI IDROGENO (1913)
48 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
49 ISOTOPI
50 ISOTOPI
51 IDROGENO H11 Z=1,N=0,A=1 DEUTERIO D o H12 Z=1, N=1,A=2 TRIZIO T o H13 Z=1, N=2,A=3
52 LITIO Li 3 7 Z = 3, N = 4, A = 7 BORO B5 10 Z = 5, N = 5, A = 10 CARBONIO 12 C612 Z = 6, N = 6, A = 12
53 CARBONIO 14 C6 14 Z = 6, N = 8, A = 14 ARGENTO Ag Z = 47, N = 60, A = 197 FERRO Fe2656 Z = 26, N = 30, A = 56
54 URANIO 234 U (0,0057 %) U92234 Z = 92, N = 142, A = 234, URANIO 235 U (0,7204 %) U92235 Z = 92, N = 143, A = 235, URANIO 238 U (99,273 %) Z = 92, N = 146, A = 238, U92238
55 IODIO 127 (STABILE) I53127 Z = 53, N = 74, A = 127, IODIO 131 (RADIOATTIVO) Z = 53, N = 78, A = 131 I53131
56 ASTON INVENTA LO SPETTROMETRO DI MASSA (1920)
57 SPETTROMETRO DI MASSA PER LA RIVELAZIONE DEGLI ISOTOPI
58 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE LA STRUTTURA ATOMICA DELLA MATERIA
59 ATOMO DI CARBONIO
60 ATOMO DI CLORO
61 ATOMO DI SODIO
62 ATOMO DI ALLUMINIO
63 ATOMO DI RAME
64 ATOMO DI URANIO
65 ATOMO AL MICROSCOPIO ELETTRONICO
66 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE WILLIAM HENRY BRAGG E WILLIAM LAWRENCE BRAGG SCOPRONO LA STRUTTURA CRISTALLINA DELLA MATERIA CON ESPERIMENTI DI DIFFRAZIONE DI RAGGI X (1913)
67 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE ESPERIMENTI DI DIFFRAZIONE DI RAGGI X
68 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE STRUTTURA CRISTALLINA DEL CLORURO DI SODIO
69 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE STRUTTURA CRISTALLINA DEL DIAMANTE E DELLA GRAFITE
70 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE CRISTALLI DI DIAMANTE E DI GRAFITE
71 LA SCOPERTA DEL DNA (1953) ROSALINDE FRANKLIN, WATSON E CRICK
72 LA STRUTTURA A DOPPIA ELICA DEL DNA
73 MODELLO DELLA STRUTTURA DEL DNA
74 IL PRIMO DIFFRATTOGRAMMA A RAGGI X DEL DNA
75 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE ARTHUR COMPTON CONFERMA SPERIMENTALMENTE L' IPOTESI DEI FOTONI DI EINSTEIN (1922)
76 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE L' EFFETTO COMPTON CONFERMA L' ESISTENZA DEI FOTONI DI EINSTEIN
77 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE LOUIS DE BROGLIE FORMULA L' IPOTESI ONDULATORIA DELLA MATERIA (1924)
78 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE ERWIN SCHROEDINGER ELABORA LA MECCANICA ONDULATORIA (MECCANICA QUANTISTICA) (1925)
79 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE WOLFGANG PAULI ENUNCIA IL PRINCIPIO DI ESCLUSIONE (1925) CONSENTENDO DI SPIEGARE QUANTISTICAMENTE LA STRUTTURA ATOMICA DELLA MATERIA E LA TAVOLA PERIODICA DI MENDELEEV
80 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE WERNER HEISENBERG ENUNCIA IL PRINCIPIO DI INDETERMINAZIONE (1927)
81 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE DAVISSON E GERMER VERIFICANO IL COMPORTAMENTO ONDULATORIO DELLA MATERIA CONFERMANDO L' IPOTESI DI DE BROGLIE (1927)
82 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE DIFFRAZIONE DI ELETTRONI E DIFFRAZIONE DI RAGGI X ATTRAVERSO LAMINE D' ORO
83 LE COSTANTI UNIVERSALI c = km/s = 3 x 108 m/s - velocità della luce nel vuoto G = 6,67 x N x m2 /kg2 - costante di gravitazione universale h = 6,63 x J s - costante di Planck o quanto d'azione e = 1,6 x C - carica dell' elettrone (e del protone) No = 6, x1023 molecole/mole - numero di Avogadro
84 LE LEGGI QUANTISTICHE FONDAMENTALI ENERGIA DI UN FOTONE (EINSTEIN ) h LUNGHEZZA D' ONDA ASSOCIATA AD UNA PARTICELLA (DE BROGLIE ) h /p p = M v quantità di moto della particella (M massa, v velocità)
85 LE LEGGI QUANTISTICHE FONDAMENTALI PRINCIPIO DI INDETERMINAZIONE (MAX BORN - WERNER HEISENBERG ) Δ p x Δx h/(2π) Δ p incertezzza nella misura della quantità di moto p Δ x incertezza nella misura della posizione x Δ E x Δt h/(2π) Δ E incertezza nella misura dell' energia Δ t durata della misura
86 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE PAUL DIRAC APPLICANDO LA TEORIA DELLA RELATIVITA' SPECIALE DI EINSTEIN ALLA MECCANICA QUANTISTICA PREVEDE L'ESISTENZA DELL' ANTIMATERIA (1928)
87 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
88 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE JAMES CHADWICK SCOPRE IL NEUTRONE (1932)
89 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE ENRICO FERMI CON I RAGAZZI DI VIA PANISPERNA (SCUOLA DI FISICA DI ROMA )
90 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE ETTORE MAJORANA NEL 1933 ELABORA, PRIMA DI HEISENBERG, LA TEORIA DELLE FORZE NUCLEARI
91 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE LA SCOPERTA DEI RAGGI COSMICI (VICTOR HESS )
92 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
93 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
94 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
95 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE III LE QUATTRO FORZE FONDAMENTALI DELL' UNIVERSO
96 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE LE TRE GENERAZIONI DI PARTICELLE FONDAMENTALI DEL MODELLO STANDARD: QUARK PRIMA GEN. SU, GIU' SECONDA GEN. STRANO, INCANTATO TERZA GEN. ALTO, BASSO LEPTONI ELETTRONE NEUTRINO ELETTRONICO MUONE TAUONE NEUTRINO MUONICO NEUTRINO TAUONICO
97 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE LO SCAMBIO DI UN GLUONE GENERA LA FORZA FORTE (FORZA DI COLORE) TRA DUE QUARK LO SCAMBIO DI UN FOTONE GENERA LA FORZA ELETTROMAGNETICA TRA DUE PARTICELLE CARICHE LO SCAMBIO DEI BOSONI VETTORI DI RUBBIA (W+,W-, Z ) GENERA LA FORZA DEBOLE (FORZA DI CAMBIAMENTO DI SAPORE) TRA DUE QUARK O TRA DUE LEPTONI
98 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE LE TRE GENERAZIONI DI PARTICELLE DEL MODELLO STANDARD
99 UNITA' DI MISURA DELL'ENERGIA IN FISICA ATOMICA E NUCLEARE 1 ev (ELETTRONVOLT) = 1,6 x J (Joule) 1 JOULE EQUIVALE ALL' ENERGIA CINETICA ACQUISITA DA UNA MASSA DI CIRCA 102 GRAMMI IN CADUTA LIBERA DALL' ALTEZZA DI 1 METRO. 1 ev EQUIVALE ALL' ENERGIA CINETICA ACQUISITA DA UN CORPO DOTATO DI UNA CARICA DI 1,6 x COULOMB SOTTOPOSTO ALLA TENSIONE ACCELERATRICE DI 1 VOLT
100 MULTIPLI DELL' ELETTRONVOLT 1 KeV (KILOELETTRONVOLT) = 103 ev 1 MeV (MEGAELETTRONVOLT) = 106 ev = 1000 KeV 1 GeV (GIGAELETTRONVOLT) = 109 ev = 1000 MeV 1 TeV (TERAELETTRONVOLT) = 1012 ev = 1000 GeV 1 ev EQUIVALE ALL' ENERGIA DI AGITAZIONE TERMICA MEDIA ACQUISITA DA UN ELETTRONE ALLA TEMPERATURA DI K ( K GRADI KELVIN = GRADI CENTIGRADI (C ) + 273,16)
101 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
102 BARRIERA DI POTENZIALE PER LA FUSIONE NUCLEARE
103 BARRIERA DI POTENZIALE TRA DUE PROTONI
104 E = MC 2 PRINCIPIO DI EQUIVALENZA DI EINSTEIN TRA MASSA ED ENERGIA SE M = 1 GRAMMO, E = 10-3 Kg x (3 x 108 m/s)2 = = 9 x 1013 JOULE = 9 x 1013 / 3,6 x 106 = 25 x 106 Kwh. 1 Kwh = 3,6 x 10 6 J LA COMBUSTIONE DI 1 GRAMMO DI CARBONIO PRODUCE 7865,41 calorie = 7865,41 X 4,18 = =32877,41 JOULE = 32877,41/3,6 x 106 = 0, KWh
105 REAZIONI DI FUSIONE NUCLEARE
106 REAZIONI DI FUSIONE NUCLEARE
107 IL DIFETTO DI MASSA DELLE REAZIONI NUCLEARI CONFERMA LA LEGGE RELATIVISTICA E = mc2 NELLA REAZIONE NUCLEARE A + B = C + D LA SOMMA MA + MB DELLE MASSE DEI PRODOTTI DI REAZIONE E' SEMPRE LIEVEMENTE MINORE DELLA SOMMA MC + MD DELLE MASSE DEI REAGENTI. ESEMPIO: NELLA REAZIONE DI FUSIONE NUCLEARE H1 + 3Li7 ---> 2He4 + 2He MeV 1 (Reazione di Cockroft e Walton, 1932) L' ENERGIA PRODOTTA (17 MeV = 17 x 10 6 x 1,6 x J = = 27,2 x J) EQUIVALE ALLA DIFFERENZA (DIFETTO DI MASSA) TRA LA SOMMA DELLE MASSE DEI REAGENTI (PROTONE E NUCLEO DI LITIO) E LA SOMMA DELLE MASSE DEI PRODOTTI DI REAZIONE (PARTICELLE ALFA)
108 LA REAZIONE DI FUSIONE NUCLEARE PROTONE-PROTONE
109 IL CICLO DI BETHE (HANS BETHE )
110 IL CICLO DI BETHE (CICLO CNO - CARBONIO-AZOTOOSSIGENO)
111 DENEB SIRIO
112 LA COSTELLAZIONE DI ORIONE Betelgeuse
113 ANTARES SUPERGIGANTE ROSSA NELLA COSTELLAZIONE DELLO SCORPIONE ANTARES
114 BETELGEUSE E ANTARES DUE BELLISSIME SUPERGIGANTI ROSSE
115 NEBULOSE PLANETARIE NEBULOSA TESTA DI CAVALLO NEBULOSA OCCHIO DI GATTO
116 DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE LE REAZIONI NUCLEARI DI FISSIONE E FUSIONE VIDEO 1 (LA FUSIONE NUCLEARE) VIDEO 2 (LA FUSIONE NUCLEARE) VIDEO 3 (LA FISSIONE NUCLEARE) VITA E MORTE DI UNA STELLA VIDEO 1 VIDEO 2 VIDEO 3 VIDEO 4
117 EDWIN HUBBLE SCOPRE L' ESPANSIONE DELL' UNIVERSO (1929)
118 LA LEGGE DI HUBBLE V = HR
119 GEORGE GAMOW FORMULA LA TEORIA DEL BIG BANG (1946)
120 IL BIG BANG
121
122 ARNO E PENZIAS SCOPRONO LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO (1964)
123 ALAN GUTH FORMULA LA TEORIA DELL' INFLAZIONE COSMICA (1979)
124 LA LINEA DEL TEMPO DELL' UNIVERSO
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE PERCORSO DI DIVULGAZIONE SCIENTIFICA PER SPIEGARE IN MODO ELEMENTARE ED ACCESSIBILE A TUTTI COM' E' FATTO E COME FUNZIONA IL MONDO FISICO DAI QUARK
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