Quanti di luce
Ovvero come il giovane Albert nel 1905
spiega l’effetto fotoelettrico, uno dei
fenomeni fisici che più metteva in crisi
la teoria elettromagnetica classica, ed
inaugura (suo malgrado) la meccanica dei
quanti.
Questa presentazione raccoglie gli appunti riveduti delle lezioni sull’effetto
fotoelettrico per la classe VB e VD del Liceo Scientifico Spallanzani di Reggio
Emilia tenute nel periodo ottobre-novembre 2006 e della lezione effettuata
nell’ambito del progetto “Scuole Aperte” nella primavera del 2008.
Tiziana Segalini 2009
1
I colori di Newton
Tiziana Segalini 2009
2
La riflessione
Tiziana Segalini 2009
3
La riflessione interna
Tiziana Segalini 2009
4
La rifrazione
Tiziana Segalini 2009
5
La spiegazione ondulatoria di
Huygens
Tiziana Segalini 2009
6
Misure della velocità della luce
(Fizeau e Foucault)
la velocità della luce nell’aria è
maggiore di quella negli altri mezzi
Tiziana Segalini 2009
7
La doppia fenditura di Young
Tiziana Segalini 2009
8
E’ la vittoria della teoria
ondulatoria su quella
corpuscolare
Tiziana Segalini 2009
9
La ricerca delle onde
elettromagnetiche
Maxweel nel 1873 prevede che perturbazioni del
campo elettrico e magnetico si autocreino e si
autosostengano propagandosi nello spazio alla velocità
pari a quella della luce.
Tiziana Segalini 2009
10
La scoperta dell’effetto
fotoelettrico
Nel 1887, al Politecnico di Karlsruhe, Heinrich Hertz produceva
onde elettromagnetiche utilizzando un’ antenna oscillante (che
produceva scariche: a spark gap) e li riceveva con una antenna
analoga. Più tardi osservò che, quando raggi ultravioletti UV
illuminavano l’antenna, si ottenevano scariche migliori e che
illuminando con UV un elettroscopio carico negativamente (ma non
positivamente) lo si poteva scaricare. In questo modo aveva scoperto
l’effetto fotoelettrico.
Heinrich Rudolph Hertz
(1857 - 1894)
J. J. Thomson ipotizzò che i
raggi ultravioletti causassero
l’emissione di elettroni da parte di
alcune superfici metalliche.
Dimostrò inoltre che le particelle
emesse avevano lo stesso rapporto
carica/massa q/m dei raggi
catodici.
Tiziana Segalini 2009
11
L’apparecchiatura di Hertz
Tiziana Segalini 2009
12
Lo studio dell’effetto
fotoelettrico
Lenard era uno studente di Hertz e
nel 1900 studiò l’effetto fotoelettrico
con l’apparecchio di cui esamineremo
lo schema. Illmuminando il catodo
(potenziale negativo) con UV e
osservando la corrente anodica (dal
catodo all’anodo) prodotta, in presenza
di un potenziale ritardante, trovò
alcune sconcertanti caratteristiche
dell’effetto fotoelettrico che gli valsero
nel 1905 il premio Nobel per la fisica.
Tiziana Segalini 2009
Phillip von Lenard
(1862 - 1947)
1905 Nobel Prize
13
Schema dell’apparecchio
Tiziana Segalini 2009
14
L’apparecchio sperimentale di
Lenard
(assai simile a quello che useremo noi)
Tiziana Segalini 2009
15
I dettagli dell’effetto
fotoelettrico
1. La corrente I è
proporzionale all’intensità
della luce;
2. La corrente I non ritarda
quando la luce viene
accesa, anche a basse
intensità;
3. Quando DV è negativo, la
corrente si arresta a
–Vs. (potenziale di
arresto)
4. Il valore di Vs è
indipendente dalla intensità
degli UV ma dipende dal
tipo di metallo.
Tiziana Segalini 2009
16
La frequenza di soglia
Tiziana Segalini 2009
17
Come interagisce l’onda
eletromagnetica con le
particelle cariche?
Tiziana Segalini 2009
18
L’energia dell’onda è
proporzionale al quadrato
dell’ampiezza
Ampiezza
E
t (s)