Estrazione di elettroni da un metallo illuminato. Prime osservazioni Hertz 1857 Esperimento di Lenard 1902 Spiegazione teorica di Einstein

Documenti analoghi
trico otoeletf to etf Ef Pina di Vito 1

Fenomeni quantistici

Meccanica quantistica Mathesis 2016 Prof. S. Savarino

Radiazione e Materia. Insegnamento di Chimica Generale CCS CHI e MAT. Scuola di Ingegneria Industriale e dell Informazione

La fisica del XX secolo ovvero la tecnologia consente di eseguire esperimenti sempre più spinti e. tutto deve essere messo in discussione

Introduzione alla Meccanica Quantistica (MQ):

Teoria Atomica di Dalton

L Effetto Fotoelettrico. Daniela Rebuzzi

La Fisica Applicata ai Beni Culturali: l'effetto fotoelettrico per l'analisi non distruttiva di campioni di interesse storico-artistico

Generalità delle onde elettromagnetiche

13 ottobre Prof. Manlio Bellesi

La storia della luce : l effetto fotoelettrico

Il corpo nero e l ipotesi di Planck

Come vediamo. La luce: aspetti fisici. Cos è la luce? Concetti fondamentali:

Unità 2. La teoria quantistica

L energia assorbita dall atomo durante l urto iniziale è la stessa del fotone che sarebbe emesso nel passaggio inverso, e quindi vale: m

CORSO DI LAUREA IN OTTICA E OPTOMETRIA

Elettricità e Fisica Moderna

Radiazione e Materia -2-

Chimica-Fisica Biologica.

Capitolo 8 La struttura dell atomo

Fisica Tecnica Ambientale TRASMISSIONE DEL CALORE PER IRRAGGIAMENTO

Fisica Moderna per Matematica (Meccanica Quantistica Elementare) Udine, A.A. 2000/2001

S P E T T R O S C O P I A. Dispense di Chimica Fisica per Biotecnologie Dr.ssa Rosa Terracciano

La nascita della fisica moderna. (un racconto di inizio 900)

LASER. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Introduzione. Assorbimento, emissione spontanea, emissione stimolata

FISICA QUANTISTICA LIMITI AL MODELLO ATOMICO DI RUTHERFORD. e - Per spiegare la disposizione degli elettroni nell atomo (STRUTTURA ELETTRONICA)

Fisica delle Apparecchiature per Radioterapia, lez. III RADIOTERAPIA M. Ruspa 1

TECNICHE SPETTROSCOPICHE

Trasmissione di calore per radiazione

Lo Spettro Elettromagnetico

Teoria Atomica Moderna. Chimica generale ed Inorganica: Chimica Generale. sorgenti di emissione di luce. E = hν. νλ = c. E = mc 2

I QUANTI DI PLANCK 1

Fotoni ed atomi: un breve viaggio nel mondo quantistico

LE ONDE E I FONDAMENTI DELLA TEORIA QUANTISTICA

Einstein e la fisica quantistica. Su un punto di vista euristico relativo alla produzione e trasformazione della luce (1905)

Spettroscopia. Spettroscopia

La Meccanica Quantistica

Sottodiscipline della Chimica Fisica Storicamente

Problema n. 1: L effetto Mössbauer

FAM. T 1) α ν. (e α ν T 1) 2. (con l ipotesi ν > 0) si ottiene

Le Caratteristiche della Luce

LASER PRINCIPI FISICI

Esploriamo la chimica

P. Sapia Università della Calabria. a.a. 2009/10

L effetto Fotovoltaico

La Natura della Luce: dalle Scoperte alle Applicazioni

4. Lo spettro discreto: emissione e assorbimento di luce da parte di atomi stato fondamentale stati eccitati

Struttura Elettronica degli Atomi

La struttura della materia

Lezione n. 13. Radiazione elettromagnetica Il modello di Bohr Lo spettro dell atomo. di idrogeno. Antonino Polimeno 1

Università Primo Levi

STRUTTURA ATOMICA E CONFIGURAZIONE ELETTRONICA

Da Newton a Planck. La struttura dell atomo. Da Newton a Planck. Da Newton a Planck. Meccanica classica (Newton): insieme

SPETTROSCOPIA UV-VIS LEZIONE 9

Sulla nascita di questo libro. Introduzione 1

23 maggio /17-FIS-5G-2-3-U QUESTIONARIO

La spettrofotometria è una tecnica analitica, qualitativa e quantitativa e permette il riconoscimento e la quantizzazione di una sostanza in base al

Chimica Analitica Strumentale e Metodologie Spettroscopiche (modulo di Metodologie Spettroscopiche)

3. (Da Veterinaria 2006) Perché esiste il fenomeno della dispersione della luce bianca quando questa attraversa un prisma di vetro?

Produzione dei raggi X

Spettro elettromagnetico

5) Modello atomico di BOHR

INTRODUZIONE AI METODI OTTICI

La teoria del corpo nero

4.Semplificare e modellizzare con strumenti matematici e disciplinari situazioni reali al fine della risoluzione di semplici problemi

Quantum Theory. E la natura dell'atomo. M. Orlandelli, A. Peloni

La Teoria dei Quanti e la Struttura Elettronica degli Atomi. Capitolo 7

A Cosa serve l'ottica?

L irraggiamento termico

Introduzione ai fenomeni quantistici

INTERFERENZA - DIFFRAZIONE

Fabio Peron. La trasmissione del calore: 3. radiazione termica. Le modalità di scambio del calore. La radiazione termica. Onde e oscillazioni

L'esperimento di Franck-Hertz

La teoria atomica moderna: il modello planetario L ELETTRONE SI MUOVE LUNGO UN ORBITA INTORNO AL NUCLEO

Quadro di Riferimento della II prova di Fisica dell esame di Stato per i Licei Scientifici

Le onde elettromagnetiche

Università degli Studi di Milano. Dipartimento di Fisica Corso di laurea triennale in FISICA. Anno accademico 2013/14. Figure utili da libri di testo

Astronomia Lezione 17/10/2011

May 5, Fisica Quantistica. Monica Sambo. Sommario

Esame di stato di liceo scientifico maxisperimentazione Brocca Tema di fisica, anno 2006

Incontriamo la Fisica: la Meccanica Quantistica. Stefano Spagocci, GACB

Radiazione elettromagnetica

Stelle. - emette un flusso continuo di onde elettromagnetiche, che noi osserviamo in parte sotto forma di luce

TERMOLOGIA & TERMODINAMICA II

tra le due facce del campione perpendicolari all asse y. Il campo elettrico E H

Soluzioni dei temi di Fisica Moderna n.1

CAP.IV.5 LA CONVERSIONE TERMOELETTRONICA.

Spettrofotometria. Le onde luminose consistono in campi magnetici e campi elettrici oscillanti, fra loro perpendicolari.

Illuminotecnica - Grandezze Fotometriche

Si intende la risposta di un materiale all esposizione alle radiazioni elettromagnetiche ed in particolare alla luce visibile.

Esp. 4: Spettrofotometro

Dipartimento di Fisica a.a. 2004/2005 Fisica Medica 2 Radiazioni X 11/3/2005

Ottica fisiologica, ovvero perché funzionano i Google Glass

Chimica Appplicata Ai Sistemi Biologici

Corso di laboratorio di fisica della materia Prof. Mario Rocca AA Il progresso delle conoscenze in Fisica è indissolubilmente legato al

Verifica del Principio di Indeterminazione di Heisenberg. x v x cost

Università degli Studi di Milano. Dipartimento di Fisica Corso di laurea triennale in FISICA. Anno accademico 2013/14. Figure utili da libri di testo

Transcript:

Estrazione di elettroni da un metallo illuminato Prime osservazioni Hertz 1857 Esperimento di Lenard 1902 Spiegazione teorica di Einstein - 1905

L elettrone di conduzione in un metallo è in una buca di potenziale metallo E cin E i U U e W U energia di legame degli elettroni nel reticolo metallico E cin energia cinetica dell elettrone nel metallo E i energia totale dell elettrone nel metallo E i =E cin +U U e energia potenziale dell elettrone libero Il lavoro di estrazione W è la minima energia che deve essere fornita all elettrone affinché abbandoni il metallo. W = U e - E i Esso dipende dal tipo di metallo (U) e dalla sua temperatura (E cin ) Pina di Vito 2

V E e Potenziale di estrazione di alcuni metalli metallo Cesio Cs Sodio Na Zinco Zn Rame Cu Platino Pt Potenziale di estrazione V espresso in volt 1,9 V 2,7 V 3,4 V 4,4 V 6,0 V Lavoro di estrazione E espresso in elettronvolt ev 1,9 ev 2,7 ev 3,4 ev 4,4 ev 6,0 ev Lavoro di estrazione E espresso in joule 1,9V. 1,6. 10-19 C= =3,04. 10-19 J 4,32. 10-19 J 5,44. 10-19 J 7,04. 10-19 J 9,6. 10-19 J Ferro Fe 3,2 V 3,2 ev 5,12. 10-19 J Pina di Vito 3

Schema dell'apparato sperimentale utilizzato da Lenard per studiare gli aspetti quantitativi dell'effetto fotoelettrico http://www.fis.unical.it/pls_fisica/lo/fotoelettrico/fotoelettrico/percorso/approfondimenti/lenard/lenard.htm Pina di Vito 4

Fenomeno osservato da Hertz Illuminando con luce visibile la superficie di alcuni tipi di metalli si può manifestare emissione di elettroni dalla superficie stessa Osservazioni sperimentali di Lenard 1) Il fenomeno presenta una frequenza di soglia 0 (detta soglia fotoelettrica) al di sotto della quale non si osserva il fenomeno 3) L energia cinetica degli elettroni emessi è indipendente dall intensità della radiazione incidente 5) Il n di elettroni emessi aumenta con l intensità della radiazione 7) L energia del singolo elettrone aumenta al crescere della frequenza della radiazione incidente Questi risultati non si spiegano se gli elettroni ricevono energia da una radiazione descritta in termini classici! Pina di Vito 5

Grafici dei risultati sperimentali dell effetto fotoelettrico Energia cinetica dei fotoelettroni Cs 4,7. 10 14 Hz 5,5. 10 14 Hz 10,8. 10 14 Hz Frequenza di soglia dei metalli riportati in grafico indicata usando il colore della luce monocromatica corrispondente Na Cu Frequenza della radiazione Pina di Vito 6

Grafici dei risultati sperimentali dell effetto fotoelettrico Intensità della corrente dei fotoelettroni Intensità della corrente di fotoelettroni Intensità della luce La luce incidente ha frequenza costante maggiore del valore di soglia. Ad esempio, per il Na si usa luce blu, cioè di frequenza maggiore della luce verde che è la soglia per il sodio. Intensità della luce incidente Pina di Vito 7

I quanti di luce - Planck (1901) 1. Ogni volta che avviene, da parte della materia, emissione o assorbimento della radiazione elettromagnetica la quantità di energia scambiata è legata alla frequenza della radiazione dalla relazione E=h h=6.626 10-34 Js costante di Planck 3. L energia della radiazione elettromagnetica non è distribuita con continuità nello spazio, bensì è raccolta in quanti detti fotoni Pina di Vito 8

Interpretazione quantistica dell effetto fotoelettrico (Einstein, 1905) 1) Se h < W non si ha energia sufficiente per estrarre gli elettroni dal materiale soglia fotoelettrica 2) Un elettrone può ricevere energia solo da un quanto l energia cinetica degli elettroni emessi non dipende dall intensità della radiazione incidente 3) E cin = h -W L energia del singolo elettrone aumenta al crescere della frequenza della radiazione incidente 5) Aumentando l intensità della radiazione aumenta il n di pacchetti di energia il n di elettroni emessi aumenta con l intensità W energia necessaria per estrarre un elettrone dal materiale h energia fornita al materiale dal singolo fotone Pina di Vito 9

Previsioni della meccanica classica (in disaccordo con i risultati sperimentali) 3. L energia cinetica degli elettroni emessi non dipende dalla frequenza della radiazione incidente 5. L energia cinetica degli elettroni emessi dipende dell intensità della radiazione incidente 7. Qualunque radiazione, di qualunque frequenza, può causare l emissione di elettroni. Se essa è poco intensa ci vorrà un po di tempo (ritardo) perché gli elettroni accumulino l energia sufficiente per uscire dal metallo Pina di Vito 10

Perché la meccanica classica non fa previsioni corrette, in questo caso? Ripassiamo la teoria delle onde Secondo la teoria ondulatoria l energia trasportata da un onda è proporzionale alla sua ampiezza Queste due onde hanno la stessa energia anche se hanno diversa frequenza Pina di Vito 11

Se l energia trasportata dell onda dipende dalla sua ampiezza e non dalla frequenza, allora perché succede questo? e e e Anche una debolissima luce UV è capace di strappare elettroni da un metallo, mentre un faro da 1000 watt giallo non ci riesce Pina di Vito 12

L effetto fotoelettrico mostra che è la frequenza a determinare l energia trasportata dalla luce bassa frequenza bassa energia alta frequenza alta energia Ma allora la luce non è un onda! Pina di Vito 13

I quanti di Planck La luce è quantizzata Grandezza continua Grandezza discreta Pina di Vito 14

Dall articolo sui quanti di luce pubblicato da Einstein nel 1905 sugli "Annalen der Physik" Dice Einstein: "Secondo l'ipotesi che voglio qui proporre, quando un raggio di luce si espande partendo da un punto, l'energia non si distribuisce su volumi sempre più grandi, bensì rimane costituita da un numero finito di quanti di energia localizzati nello spazio, che si muovono senza suddividersi e che non possono essere assorbiti o emessi parzialmente." Pina di Vito 15

Dall articolo sui quanti di luce "La consueta concezione, per la quale l'energia della luce si distribuisce in modo continuo nello spazio irradiato, incontra, nel tentativo di spiegare i fenomeni fotoelettrici, notevoli difficoltà, che sono state fatte oggetto di uno studio particolarmente approfondito dal Signor Lenard [Einstein si riferisce all'articolo di Lenard del 1902]. Partendo dal principio che la luce eccitatrice è costituita di quanti di energia h, l'emissione... [di elettroni] si può spiegare nel seguente modo. I quanti di energia penetrano nello strato superficiale del corpo e la loro energia si trasforma, almeno in parte, in energia cinetica di elettroni... Inoltre va supposto che ogni elettrone, nell'abbandonare il corpo, debba effettuare un lavoro w (che è caratteristico del corpo considerato). Ad uscire dal corpo con la massima velocità normale [V max ] saranno gli elettroni eccitati che si trovano direttamente alla sua superficie e che acquistano una velocità normale ad essa". Pina di Vito 16

Potenziale di estrazione, frequenza di soglia 0 e lunghezza d onda metallo Cesio Cs Sodio Na Rame Cu Lavoro di estrazione W espresso in elettronvolt 1,95 ev 2,7 V 4,48 V Energia di soglia del fotone h 0 3,12. 10-19 J 4,32. 10-19 J 7,16. 10-19 J Frequenza di soglia o 4,7. 10 14 Hz 5,45. 10 14 Hz 10,8. 10 14 Hz 0 W h Lunghezza d onda espressa in nanometri 638nm arancio 550nm verde 277nm ultraviolett o 0 c 0 Pina di Vito 17