ATOMO
FORZE
CAMPI
INTERAZIONI TRA
MASSE
PRINCIPI DELLA
DINAMICA
I MOTI
ESPERIMENTO
INDIETRO
L’atomo è la più piccola parte di un elemento
Protoni (positivi)
Entrambi presenti nel
nucleo
Neutroni (neutri)
Elettroni
(negativi)
disposti intorno al
nucleo secondo
livelli energetici
Le particelle principalmente utilizzate negli acceleratori sono gli
elettroni e i positroni (anti-elettroni)
AVANTI
Per trasportare un elettrone da un guscio ad un
altro, bisogna dargli una quantità di energia.
Dopo l’elettrone tenderà a ritornare nella sua posizione iniziale.
 Quando tornerà cederà energia.
Questa energia è un’energia luminosa (radiazione)
E=h* n
Dove h è una costante (detta di
Plank) e n è la frequenza
ANIMAZIONE
APPROFONDIMENTO SULLA FREQUENZA
INDIETRO
L’ELETTRONE
TENDERA’ POI A
TORNARE
ANIMAZIONE
VIENELIBERATA
FORNITA
VIENE
ENERGIA
ENERGIA
INDIETRO
Ogni radiazione ha una frequenza e una lunghezza d’onda particolari
La frequenza come grandezza fisica corrisponde all’inverso del tempo
n = 1/T
Periodo = tempo che il pendolo (o un fenomeno che si ripete con le
stesse caratteristiche) impiega a compiere un’oscillazione (o a ripetere
le stesse caratteristiche).
Se impiega 2 sec la frequenza è ½ sec-1  mezza oscillazione a sec.
LA FREQUENZA INDICA QUANTI EVENTI
COMPIUTI AVVENGONO (SI RIPETONO) IN
UN’UNITA’ DI TEMPO
ANIMAZIONE
INDIETRO
START
OSCILLAZIONE
INDIETRO
Forza forte
GUT
Forza
debole
Forza
elettrodebole
Teoria del
tutto
Forza elettromagnetica
Forza
gravitazionale
GeV
102
1015
1019
INDIETRO
APPROFONDIMENTO
SUI CAMPI
CAMPI
ELETTRICI
CAMPI
MAGNETICI
•elettrici : accelerano le particelle cambiando il
modulo;
•magnetici : accelerano le particelle cambiando la loro
direzione.
INDIETRO
Il campo è la perturbazione di uno spazio circostante una carica/massa.
La perturbazione è un disturbo che si propaga (influsso che si diffonde
nello spazio circostante la sorgente.
Il campo è un tramite della forza che c’è tra due oggetti;
La velocità di propagazione del campo è quella della luce.
Campo è quella grandezza fisica astratta che è in
grado di scatenare la reazione (è un intermediario)
AVANTI
1.
2.
le linee sono punto per punto tangenti al vettore campo;
Il numero delle linee deve essere proporzionale all’intensità del campo
per unità di superficie. (+ sono le linee + è intenso il campo)
Convenzionalmente:
Per la carica positiva le frecce si indicano uscenti
Per quella negativa entranti.
Se invece abbiamo una massa solo entranti perché le
masse possono solo attrarsi, non respingersi.
AVANTI
Non sono vettori, rappresentano
la successione di punti di
applicazione del vettore.
CAMPO PIU’
INTENSO
Più sono le linee più è intenso il campo.
INDIETRO
+
Nel campo una
particella viene
accelerata nella
direzione delle
linee di campo.
Cliccare per la
l’animazione
2a l’animazione
APPROFONDIMENTO:
CONDENSATORE
Quando una particella viene “sparata” con una certa velocità all’interno dal campo
elettromagnetica questa viene accelerata e ,se è positiva, devierà verso il basso,
se è negativa, verso l’alto.
INDIETRO
Cliccare per far
partire
partire
l’animazione
la 2a
animazione
e-
X X X X
X X X X
X X X X
Campo
entrante
e-
O O O O
O O O O
O O O O
Campo
uscente
Se una particella carica viene “sparata” con velocità V all’interno del campo
si osserva che la particela segue una traiettoria circolare.Nel campo entrante
gira in SENSO ORARIO, in quello uscente in SENSO ANTIORARIO.
AVANTI
Campi magnetici generati
dal passaggio di corrente in
un filo conduttore
Magneti naturali
(calamite)
ESEMPIO
INDIETRO
Abbiamo disegnato una
freccia a doppio senso,
poiché a seconda che il
campo sia entrante o
uscente, le particelle
possono girare in senso
orario o antiorario.
Elettrodi
I 2 elettrodi sono collegati
tramite conduttori al
generatore di energia
All’interno di questo elettromagnete
vengono prodottI degli elettroni che
successivamente girano seguendo una
traiettoria circolare
L’elettromagnete accelera la particella per l’effetto del campo
magnetico. Questo è prodotto dai fili di rame che si trovano
intorno all’armatura più esterna.
INDIETRO
Il corpo m1 esercita sul corpo m2 una
forza e viceversa.
Queste forze sono centrali,infatti la
direzione di applicazione è costituita
dalla retta che congiunge i centri di
massa.
I due corpi non “interagiscono” subito. La velocità con
cui la massa m influisce sulla massa c è la velocità della
luce.
INDIETRO
PROCEDIMENTO:
Generatore era carico. Abbiamo pescato con (1) la carica dal generatore e avvicinandolo
alla pallina di stagnola, questa è stata attratta e dopo il contatto si è allontanata.
Prima del contatto: polarizzazione: le carche della pallina tendono a spostarsi
dalla parte più vicina a (1).
Durante il contatto: si spostano le cariche
Dopo il contatto: si allontanano perché hanno la stessa carica.
SPIEGAZIONE
INDIETRO
Il tipo di carica non cambia, sia che sia negativa sia che sia positiva,
basta che un corpo sia più carico dell’altro.
Ne- = p+
Induzione: si verifica in un corpo neutro quando viene avvicinato un altro corpo carico e nel primo
si spostano gli elettroni.
Corpo è carico : quando ha acquistato o ceduto elettroni.
Si usano i metalli perché sono conduttori quindi, avendo l’ultimo guscio
non saturo, tendono a liberare elettroni
INDIETRO
Tutte le linee del campo sono parallele ed E è costante.
Il condensatore può accelerare una particella  una massa è in grado
di accelerare un’altra massa.
Tra le 2 armature esiste un differenza di potenziale. DV
La differenza di potenziale è in grado di
accelerare una carica.
INDIETRO
M.R.U.
(moto rettilineo uniforme)
M.R.U.A.
(moto rettilineo uniformemente
accelerato)
M.C.U
(moto circolare uniforme)
INDIETRO
Un moto è R.U. quando la traiettoria
è rettilinea e la velocità è costante.
GRAFICI del M.R.U.
AVANTI
1° Principio della dinamica:
 Fest = 0
V = DS
Dt
Dt = DS
V
DS = V* Dt
INDIETRO
V
S
t
t
INDIETRO
Un moto è R.U.A quando segue una
traiettoria rettilinea e la sua velocità
cambia uniformemente in modulo.
GRAFICI del M.R.U.A.
AVANTI
2° Principio della dinamica:
Fest = m * a
Vf2 - Vi2 = 2aDS
F = m*a
a=
DV
Dt
DV = a*Dt
DV
Dt =
a
DS = 1/2 a* Dt + V0*Dt
m= F
a
a= F
m
L = F DS
INDIETRO
V
DV
t
a
t
t
INDIETRO
A
VA
VD
B
D
VB
VC
Un moto è C.U. quando la
traiettoria descrive una
circonferenza e la velocità si
mantiene costante in modulo, ma
la sua direzione (della velocità)
varia da punto a punto essendo
tangente alla circonferenza.
C
AVANTI
Un corpo che si muove in M.C.U.
(es: una pallina attaccata a un filo)
quando verrà “lasciato”, seguirà un
traiettoria tangente dal punto di
“rilascio”
ANIMAZIONE
AVANTI
TRAIETTORIA
SEGUITA
INDIETRO
AB = vettore spostamento DS
A
H
C
B
K
aist = lim
DV
Dt 0 Dt
L’accelerazione tende ad avere
la direzione del raggio (verso il
centro della circonferenza)
PERCHE’ L’ACCELERAZIONE
TENDE AD AVERE LA
DIREZIONE DEL RAGGIO???
AVANTI
DV se B si avvicina sempre
di più al triangolo AHK
tende ad essere sempre più
piccolo.
Cliccare per far
avvicinare B ad A.
A
Il triangolo tende a essere
perpendicolare
B
H
Il verso di DV tende ad essere
perpendicolare alla tangente
C
B
K
Poiché l’accelerazione è un
prodotto vettoriale che deriva
dalla velocità anche essa tende
ad essere perpendicolare alla
tangente
Quindi tende ad
avere la
direzione del
raggio
INDIETRO
Vist = lim
Dt 0
DV : V = DS : r
DS
Dt
DV =
HAK ≈ ACB
VA = VB
V * DS
r
A
aist = lim
DV
Dt 0 Dt
a = lim V
Dt 0 r
= lim
Dt 0
V*DS
H
r
Dt
DS
= V lim DS
r Dt 0 Dt
Dt
Coincide con la velocità
istantanea della velocità
fuori dal limite
C
B
K
2
a = Vr *V = Vr
AVANTI
V è costante in modulo quindi il quoziente tra spazio percorso e
tempo impiegato a percorrerlo sempre uguale
P
Se si muove OP, anche A si muove.
A
Poiché A e P si muovono insieme, passa lo
stesso tempo quindi  rimane invariato.
VP =
VA=
2rP

2rA

VP > VA
rP = rP
o
A
Perché il raggio di P è
maggiore del raggio di A
Pèrchè  è uguale
per entrambe
INDIETRO
P
INDIETRO
Se su un corpo agiscono forze equilibrate, il
corpo permane in uno stato di inerzia.
Fest = 0
INDIETRO
Se su un corpo agiscono forze non
equilibrate, il corpo il corpo si muove con
un’accelerazione (variazione di velocità).
Fest = m * a
INDIETRO
Ad ogni azione corrisponde una reazione
uguale e contraria.
La validità del 3° principio è generale; esso è valido in qualsiasi
interazione, anche se questa non implica necessariamente contatto
(es: gravità)
ANALISI IMMAGINE
INDIETRO
Il cavallo per muoversi deve spingere con i piedi il pavimento con
una forza FAB (azione) e il pavimento reagisce con la forza
(reazione) FBA.
Il cavallo tira la corda con la forza FDA e la corda reagisce sul
cavallo con la forza FDA.
Infine la corda tira la pietra C con la forza FDC e questa reagisce
sulla corda con la forza FCD.
INDIETRO
CHE COS’E’
ELETTRA
LA STORIA
SUDDIVISIONE
INDIETRO
ELETTRA E’ UN LABORATORIO PER LA
PRODUZIONE DI LUCE DI SINCROTRONE DI
TERZA GENERAZIONE (UNO DEI MIGLIORI IN
CIRCOLAZIONE)
In questo laboratorio si effettua RICERCA APPLICATA: cioè
gli esperimenti proposti devono essere finalizzati a
qualcosa.
Inoltre, ogni esperimento proposto non può avere fini
applicativi bellici.
INDIETRO
IL PROGETTO DI QUESTO LABORATORIO
RISALE AGLI ANNI ’60, QUANDO
ARRIVARONO DEI FINANZIAMENTI DALLA
FRANCIA.
NEL ’86 ARRIVARONO DEI FINANZIAMENTI
DALL’ITALIA, MA LA SUA COSTRUZIONE
INIZIO’ SOLO NEL 1992 E DURO’ UN ANNO.
INDIETRO
Questo laboratorio si divide in 3 parti:
1.
Gli edifici esterni: sono edifici tecnici come officina meccanica,
torri di raffreddamento, trasformatori della sottostazione elettrica,
etc…
2.
Area sperimentale: esterna all’anello (che è circondato da blocchi
di cemento).Qui arriva il prodotto degli elettroni.
3.
Sala computer :laboratorio di controllo.
AVANTI
L’acceleratore è diviso in 2 parti:
1.
Acceleratore lineare ( L-LINAC )
2.
Acceleratore circolare
AVANTI
L-LINAC SIGNIFICA “LINEAR ACCELERETOR”
NEL L-LINAC VENGONO PRODOTTI, DA UN FILAMENTO
INCANDESCENTE, GLI ELETTRONI. QUESTI VENGONO
ACCELERATI, ATTRAVERSO UNA SERIE DI “SCATOLE” CON
CAMPO ELETTRICO DISPOSTE UNA DOPO L’ALTRA, FINO AD
ARRIVARE QUASI ALLA VELOCITA’ DELLA LUCE.
DOPODICHE’ GLI ELETTRONI PRODOTTI PASSANO
NELL’ANELLO DI ACCUMULAZIONE (ACCELERATORE
CIRCOLARE.).
ANIMAZIONE L-LINAC
INDIETRO
CAMPO
ELETTRICO
Sorgente di
elettroni
START
INDIETRO
E’ ANCHE DETTO ANELLO DI ACCUMULAZIONE.
AL SUO INTERNO GLI ELETTRONI CONTINUANO A GIRARE
PRODUCENDO LUCE DI SINCROTRONE.
HA LE STESSE CARATTERISTICHE DEL L-LINAC MA
ATTRAVERSO CAMPI MAGNETICI, APPOSITAMENTE
COMBINATI, PERMETTE AL FASCIO DI SEGUIRE UNA
TRAITTORIA CIRCOLARE.
FUNZIONAMENTO
NEL SINCROTRONE SONO PRESENTI SIA CAMPI
MAGNETICI CHE ELETTRICI.
I PRIMI DEVIANO IL FASCIO FACENDOGLI SEGUIRE
UNA TRAITTORIA CIRCOLARE, I SECONDI
ACCELERANO IL FASCIO CHE DOPO IL PASSAGGIO
NEI CAMPI MAGNETICI AVEVA PERSO ENERGIA.
OGNI QUALVOLTA IL FASCIO VIENE DEVIATO,
EMETTE LUCE DETTA DI SINCROTRONE, CHE VIENE
POI STUDIATA DA GRUPPI DI FISICI.
ANIMAZIONE
LINAC
MAGNETE
SORGENTE
DI
ELETTRONI
CAMPI
ELETTRICI
LUCE DI
SINCROTRONE
START
ANELLO DI
ACCUMULAZIONE
ONDULATORE
IMMAGINE
INDIETRO
L’ondulatore (composto da
magneti alternati) serve a
far seguire al fascio di
elettroni una traiettoria a
serpentina.
ANIMAZIONE
APPROFONDIMENTO
FASCIO DI ELETTRONI
INDIETRO
START
INTANTO
RISULTATO
INDIETRO
Il movimento del fascio di elettroni è condizionato dai campi elettrico e
magnetico, opportunamente combinati.
Fascio di
elettroni
Ampiezza
oscillazione
mantenuta
costante.
Energia emessa da
elettroni in traiettoria
tangente.
Quando l’ampiezza della oscillazioni è costante,
incrementa l’intensità di emissione (di energia), perché si
sommano tutte le traiettorie tangente.
AVANTI
… il campo ha una traiettoria verticale serpentina, il fascio
seguirà una traiettoria serpentina orizzontale.
… il campo ha traiettoria serpentina orizzontale, il fascio
seguirà una traiettoria serpentina verticale.
… ci sono 2 campi, 1 con traiettoria serpentina verticale e
l’altro con traiettoria serpentina verticale, il fascio di elettroni
seguirà una traiettoria a spirale.
INDIETRO
Nell’acceleratore circolare il fascio di elettroni continua a girare
emanando radiazioni di sincrotrone.
Radiazione di
sincrotrone
Radiazione
elettromagnetica
Tra raggi UV e raggi X molli
Luce (fascio
cilindrico)
Segue linea
retta
Manipolato attraverso speciali specchi(con superfici concave). Questi
hanno angoli di incidenza molto vicini allo 0 e devono essere
continuamente raffreddati poiché il fascio è molto caldo possiede
un’energia tale da poter rompere lo specchio.
La luce prodotta dagli elettroni è formata da fotoni. Di questo fascio si
sceglie una sola lunghezza d’onda(colore) usando il monocromatore.
Il fascio così ottenuto(di un solo colore) passa per altre macchine.
MONOCROMATORE
AVANTI
2 CLASSI DI ESPERIMENTO
(fotoelettrico e strutturale)
MAMMOGRAFIA
DIFFRAZIONE
INDIETRO
1.
2.
C lasse strutturale: si studia la posizione degli atomi in vari
materiali (usando difrazione e rifrazione) .
Esperimenti di effetto fotoelettrico:ogni atomo che assorbe
energia emette fotoelettroni, quindi si possono capire le
proprietà della materia.
Il fascio viene fatto scontrare contro
un oggetto ; a seconda della struttura
atomica dell’oggetto i fotoni vengono
deviati con traiettorie precise.Un
computer calcola l’intensità e l’angolo
dei fotoni deviati.Un altro computer
ricrea la mappa di ciò che è successo e
trova la posizione degli atomi
dell’oggetto.
Questa tecnica è utilizzata
nell’industria farmaceutica.
Questa tecnica è utilizzata
soprattutto in radiografia.
Si sceglie una lunghezza d’onda che
viene “sparata” contro una parte del
corpo: a seconda del tipo di lunghezza
d’onda reagisce un determinato tipo di
tessuto.
Alla fine si avrà una mappa con tutti i
dettagli.
INDIETRO
L’ EFFETTO RELATIVISTICO DI LORENTZ,
DENOMINATO EFFETTO DOPPLER, RIDUCE LA
LUNGHEZZA D’ ONDA DA UN FATTORE DI 6000
A 8000 RIUSCENDO AD INDIVIDUARE IL
TUMORE IN UNA FASE INIZIALE AL SENO CON
UNA DISPERSIONE DI RADIAZIONE
ECCEZIONALMENTE MINORE RISPETTO ALL’
EMISSIONE RADIOATTIVA DEI RAGGI-X.
INDIETRO
LA DIFFRAZIONE E’ LA PROPAGAZIONE NON
RETTILINEA DELLA LUCE DI SINCROTRONE
PASSANTE ATTRAVERSO SOTTILI FENDITURE,
SOLCHI E PROTUBERANZE O INCIDENTE SUL
CONTORNO DEGLI OGGETTI.
A CAUSA DELL PICCOLISSIMA LUNGHEZZA D’ONDA E’
POSSIBILE OSSERVARE STRUTTURE DELLA
DIMENSIONE DI UN MILIONESIMO DI MILLIMETRO.
INDIETRO
Il monocromatore è una macchina (una sorta di cristallo) che
“sceglie” una sola lunghezza d’onda del fascio.
A seconda dell’angolo con cui viene colpito, esce dalla
macchina un solo colore (difrazione).
Dopo essere passato nel monocromatore, il fascio
attraversa altre macchine che cambiano a seconda
dell’uso che se ne deve fare.
IMMAGINE
INDIETRO
INDIETRO
All’interno del tubo serve mantenere il vuoto perché gli
elettroni sono particelle leggere e piccole e tendono a
combinarsi rapidamente con ioni vaganti.
Anche quando si arriva a 10-9 millibar rimangono
residui gassosi attaccati alle pareti.
Per togliere ogni elemento che potrebbe ostacolare il
passaggio degli elettroni,si riscalda la camera.Poi si
riempie di azoto liquido che impedisce che si inquini,
mantenendola pulita.
INDIETRO