SPETTROSCOPIA

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spettri solari continui ottenuti con un prisma:

separazione dei colori con un reticolo di diffrazione da 500 linne per mm (posto direttamente sulla fotocamera):

spettro solare a righe e altri spettri visti con uno spettrometro professionale:

come costruire uno spettroscopio ad alta risoluzione compatto (link)

come costruire uno spettroscopio (link)

come costruire uno spettroscopio casalingo (link)

immagini ottenute con uno spettorscopio "casalingo" a reticolo di diffrazione:

spettro ottenuto dalla luce di una lampada a basso consumo:

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la radiazione di corpo nero:

- tutti i corpi, qualunque sia la loro temperatura, emettono continuamente onde elettromagnetiche. (cfr. visione notturna) (talvolta anche nel visibile)
- Per determinare le caratteristiche di tali emissioni, alla fine dell'ottocento, i fisici iniziarono a studiare in modo sistematico le proprietà di emissione della radiazione elettromagnetica da parte di un "corpo nero"
- un "corpo nero" è un qualsiasi oggetto che assorbe tutta la radiazione elettromagnetica che lo colpisce, senza rifletterla (per questo è detto "nero")
- Assorbendo tutta l'energia incidente, per la legge di conservazione dell'energia il corpo nero re-irradia tutta l'energia assorbita
- in natura non esistono corpi che soddisfano perfettamente tale caratteristica

Lo spettro (intensità o densità della radiazione emessa in funzione della lunghezza d'onda o della frequenza)
di un corpo nero è uno spettro dalla forma a campana tale che:

1. la distribuzione dell'energia della radiazione emessa da un corpo nero NON dipende dal materiale con cui è costituito il corpo

2. all'aumentare della temperatura aumenta l'area sottesa dalla curva (aumenta l'energia emessa dal corpo)

3. all'aumentare della temperatura il picco della curva si sposta verso lunghezze d'onda minori (o frequenze maggiori)

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L'ipotesi di quantizzazione di Planck: l'interazione fra radiazione e materia avviene per scambio di pacchetti discreti di energia detti "quanti"

Planck fece uso di un modello in cui il corpo nero è composto da un gran numero di oscillatori atomici, ciascuno dei quali emette e assrobe onde elettromagnetiche.
per ottenere l'accordo tra curve teoriche e sperimentali, Plank ipotizzò che l'energia E di un oscillatore atomico avesse solo i valori discreti E=hf, 2hf, 3hf...

E=n·hf

dove h=6,62·10^-34J·s è la costante di Planck
(n è un numero naturale e f la frequenza della radiazione)

“… quando un raggio luminoso uscente da un punto si propaga, l’energia non si distribuisce in modo continuo in uno spazio via via più grande; essa consiste invece in un numero finito di quanti di energia, localizzati in punti dello spazio, i quali si muovono senza dividersi e possono essere assorbiti e generati solo nella loro interezza”.

modelli dell'atomo di idrogeno:

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Effetto Fotoelettrico:

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Einstein, applicando il principio di conservazione dell'energia, propose la seguente equazione:

h·f=K_MAX+W₀

se un fotone ha energia superiore a W₀, l'energia in eccesso appare come energia cinetica dell'elettrone espulso,
quindi gli elettroni meno legati sono quelli che vengono espulsi con energia cinetica K_MAX

tabella completa lavori di estrazione W₀

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un fotone (termine coniato nel 1926 dal fisico statunitense Gilbert Newton Lewis per indicare i quanti di luce) possiede energia

tuttavia un fotone è diverso da una normale particella:
- viaggia alla velocità c rispetto a qualsiasi sistema di riferimento
- non può mai essere fermo → è privo di energia a riposo e quindi di massa (m=0)

la quantità di moto di un fotone è si ricava dalla relazioneponendo m=0

e quindi:

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Effetto Compton è un fenomeno di scattering interpretabile come un urto elastico (cioè uno scambio di quantità di moto) tra un fotone ed un elettrone

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Lunghezza d'onda di De Broglie :

h=6,626·10^-34J·s    è la costante di Planck
p=γ·m·v    è la quantità di moto relativistica della particella

(è conseguenza delle equazioni: E=hf e p=E/c)

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