Cos'è la meccanica quantistica

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Cos'è la fisica quantistica, il dualismo onda-particella, il principio di indeterminazione di Heisenberg, l'equazione di Schrodinger e il concetto di orbitale, i numeri quantici e i diversi tipi di orbitale, la configurazione elettronica di un elemento e le configurazioni elettroniche dei gas nobili (13 pagine formato doc)

COS'E' LA MECCANICA QUANTISTICA

Cenni di meccanica quantistica (MQ). Il modello atomico di Bohr viene solitamente definito” semi-classico”.Questo perché utilizza ampiamente la fisica classica,introducendo però l’innovativa idea della quantizzazione dell’energia proposta da Plunk.come vedremo per descrivere esaurientemente la struttura degli atomi e delle m olecole è necessario abbandonare completamente la fisica classica e utilizzare quella che viene chiamata meccanica quantistica.

Questa disciplina è una branchia della fisica moderna che venne sviluppata essenzialmente nei primi 30 anni del ‘900.
Essa è costituita dai principi, dalle leggi e dalle tecniche di calcolo in grado di descrivere il comportamento dei sistemi fisici e microscopici che come vedremo si comportano in maniera molto diversa dai sistemi macroscopici(per i quali vale la fisica classica).
Attualmente la meccanica quantistica è una disciplina altamente finalizzata che fa uso di una matematica piuttosto complessa..
Noi ci limiteremo a illustrare alcuni concetti base necessari per comprendere l’attuale descrizione della struttura dell’atomo e delle molecole.

Significato del principio di indeterminazione di Heisenberg

FISICA QUANTISTICA COS'E' 

DUALISMO ONDA-PARTICELLA
Nella fisica classica vi era una netta separazione tra i cosidetti fenomeni particellari(o corpuscolari) da una parte e i fenomeni ondulatori dall’altra.
I cosiddetti fenomeni particellari sono quelli che riguardano corpi in movimento e quindi il trasferimento di materia nello spazio ( ad esempio una palla da biliardo che si muove, un auto che si muove in autostrada).
I fenomeni ondulatori invece sono quelli che riguardano le onde, cioè perturbazioni di varia natura ( meccanica o elettromagnetica) che si propagano nello spazio senza trasferimento di materia(ad esempio onde sulla superficie di un liquido, onde sonore, onde elettromagnetiche).
Come abbiamo visto, l’ipotesi di Plunk cominciò a mettere in discussione questa distinzione, attribuendo un certo carattere corpuscolare alle radizioni elettromagnetiche, che erano considerate tipici fenomeni ondulatori (il “ quanto” di Plunck infatti poteva essere in qualche modo considerato una “particella” di energia).

Il modello atomico di Rutherford e di Bohr

QUANTISTICA SIGNIFICATO

Nel 1921 il fisico francese Louis De Broghe propose l’ipotesi inversa secondo la quale a un corpo in movimento poteva essere associata un’onda.Tale ipotesi metteva quindi ulteriormente in discussione la distinzione tra fenomeni particellari e ondulatori.
In particolare De Broghe propose una relazione che permetteva di calcolare la lunghezza dell’onda associata a un corpo in movimento:
λ = h/(m* v)
λ = lunghezza d’onda (amda)
h = costante di Plunck
m = massa della particella
v = velocità della particella
La lunghezza d’onda è lo spazio che c’è fra due creste.
La relazione di De Broghe ha un carattere generale e può essere applicata indifferentemente a corpi macroscopici e microscopici: le conclusioni sono però ben diverse nei due casi.
Se consideriamo un corpo macroscopico in movimento, la sua massa è molto elevata e quindi il denominatore m*v della relazione è anch’esso molto elevato.
La lunghezza d’onda risulta quindi estremamente piccola ( h ≈ 6 * 10-34 J/s ).
In pratica è talmente piccola che nessuno strumento è in grado di rilevarla.
Le cose cambiano profondamente se consideriamo una particella microscopica , quale ad esempio l’elettrone. In questo caso la massa , e quindi il prodotto m*v , assume un valore molto piccolo, comparabile con quello di h. Di conseguenza il valore della lunghezza d’onda risulta essere apprezzabile ( e quindi misurabile). In pratica quindi per le particelle microscopiche in movimento non possiamo più ignorare il loro carattere ondulatorio, cioè il fatto che si comportino in maniera analoga alle onde.
L’ipotesi di De Broghe, per quanto controintuitiva, nel 1926 ottenne un’importante conferma sperimentale.
. I figli Davisson e Germe osservarono infatti che un fascio di elettroni sparato contro un cristallo subiva il fenomeno della “difrazione”, che è un fenomeno tipico delle onde.

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PRINCIPIO DI INDETERMINAZIONE DI HEISENBERG

Principio di indeterminazione di Heisenberg. Nella dinamica classica la descrizione del moto di un corpo presuppone la possibilità di conoscere istante per istante la posizione e la velocità del corpo. Nella dinamica classica non esiste nessuna limitazione teorica alla precisione con la quale noi possiamo conoscere la posizione e la velocità.
Nel 1926 il fisico tedesco Karl Heisenberg formulò un principio (chiamato di indeterminazione) che stabilisce invece delle limitazioni alla possibilità diconoscere contemporaneamente la posizione e la velocità di una particella microscopica.
Tale principio è una conseguenza diretta del dualismo onda-particella e può essere formulato affermando che: “ non è possibile determinare contemporaneamente e con precisione qualsiasi posizione e quantità di moto (m*v) di una particella microscopica”.