Esperienze didattiche

(pagina in collaudo)

1. Esperimento di Millikan - misura della carica elementare 
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La natura granulare di carica elettrica (in altre parole l'esistenza di un quanto di carica) fu mostrata da R. A: Millikan nel 1911. Lui studiò la caduta libera di micro- gocce di olio in presenza di un campo elettrico verticale. In assenza di campo le forze che agiscono su una goccia sono: la forza di gravità, la spinta di Archimede e l'attrito viscoso dell'aria (descritto dalla legge di Stokes). In condizioni stazionarie le tre forze sono in equilibrio e le gocce scendono con un velocità uniforme v – così misurandola si risale al raggio della goccia r (e il suo peso). Applicando campo elettrico E, le gocce (se cariche con la carica q) sono soggette ad un'ulteriore forza F=qE, e cambiano la loro velocità. Dalla misura delle velocità nuova si risale alla carica q.

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L'apparato consiste da un nebulizzatore (come per fare inalazioni) e un condensatore elettrico ad armature parallele, all'interno di quale cadono le gocce,
osservate con un microscopio (che inverte l'immagine!).

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Osserva attentamente i filmati: certe gocce sono cariche (a causa di strofinamento durante la nebulizzazione)
ed, applicando e togliendo campo elettrico, si riesce a cambiare la loro velocità. 



2. Misura del rapporto e/m


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Nella misura del rapporto e/m il campo magnetico creato da due bobine (chiamate bobine di Helmholtz) fa curvare la traiettoria di elettroni emessi da un cannone elettronico (si vede il filamento rosso). Se il campo non è sufficientemente forte, elettroni non riescono a compiere una traiettoria circolare, ma si fermano sulla parete dell'ampolla. Se la corrente di elettroni emessi è troppo grande, il fascio si divide. Nel simile modo, se il campo magnetico non è perfettamente perpendicolare alla velocità iniziale di elettroni,  essi compiono una traiettoria a spirale.


3. Spettroscopia di emissione ottica  em

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La spettroscopia ottica (di emissione) analizza "il colore" della luce. La lampada ai vapori di cadmio sembra "celeste" ma lo spettro contiene anche una riga rossa, facilmente osservabile persino con un CD. La figura 3 e 4 della lampada al cadmio sono state ottenute con un spettrometro "professionale", con un reticolo di diffrazione - sulla figura 4 vediamo due ordini dello spettro. Lo spettro della lampada a vapori di sodio (a bassa pressione) è costituito da due righe gialle.

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Diverse sorgenti di luce emettono "colori diversi". Lo spettro di una lampadina ad incandescenza è uno spettro continuo, approssimato bene dalla legge di Planck. planck
Lo spettro della lampada stradale ("bianca") – al mercurio, mostra diverse righe in rosso, blu, e anche nell'ultravioletto. Anche la lampada "economica", come si vede dallo spettro (figura 3) contiene mercurio, insieme con altri elementi chimici. Lo stesso mercurio si trova nella lampada "a neon" – lo spettro contiene un fondo largo, dovuto alla emissione di strato "luminescente" che ricopre l'interno del tubo. Lo spettro della lampada stradale "gialla" (fig.5) è diverso – elemento chimico dominante e il sodio; alta pressione di vapori di sodio dentro la lampada fanno diventare la riga estremamente larga (e "vuota" in mezzo, a causa di auto-assorbimento). 

4. Esperienza di Franck-Hertz

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Esperienza di Franck-Herz è la parte complementare di spettroscopia ottica di emissione. Se atomi emettono energia in porzioni ben definite (quanti) probabilmente la assorbono anche a quanti.
Il passaggio della corrente di elettroni in un ampolla riempita di gas (mercurio o neon, come qua) si interrompe, quando elettroni perdono energia corrispondente ad energia di eccitazione di livelli energetici atomici (per es. 4.8 eV per mercurio, 15.6 eV per neon).
Vedi anche schema, tratto dalla ref. [1].


5. Correnti di Foucault
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Campo magnetico variabile genera (in conduttori) correnti parasita, chiamate di Foucault (come il famoso pendolo).
Osserva attentamenti questi filmati, e spiegali.

Bibliografia
[1] Hermann Haken, Hans C. Wolf, Fisica Atomica e Quantistica, Bollati Boringheri editore, Torino, 1990
(C) Concetti, esperimenti, lezioni, filmati, html, testo (C) Grzegorz Karwasz (2005)
Framework organizzativo e laboratori: prof. Marisa Michelini, Universita' di Udine, con cordiali ringraziamenti
Lezioni svolte con studenti della Scuola Superiore per Insegnamento Secondario, con rigraziamenti per l'attenzione prestata
Mullikan experiment: set prestato dall'Universita' di Trento, gentile collaborazione dott. Enrico Gratton, con ringraziamenti
Collaborazione nelle riprese e esperimenti: mgr Maria Karwasz