Effetto fotoelettrico: esperimento

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Relazione dell'esperienza di laboratorio con lampada a mercurio: esperimento sull'effetto fotoelettrico (6 pagine formato doc)

EFFETTO FOTOELETTRICO: ESPERIMENTO

Effetto fotoelettrico. Obbiettivo. L’esperimento si pone lo scopo di studiare l’effetto fotoelettrico e le sue proprietà. L'effetto fotoelettrico è il fenomeno fisico caratterizzato dall'emissione di elettroni da una superficie, nel nostro caso una lampada a mercurio, quando questa viene colpita da una radiazione elettromagnetica avente una certa frequenza. Con questo esperimento si possono fare riflessioni su:

a) Modello ondulatorio vs modello quantistico
b) Relazione fra energia, lunghezza d’onda e frequenza

Effetto fotoelettrico: riassunto

EFFETTO FOTOELETTRICO: SPIEGAZIONE SEMPLICE

Richiami teorici e leggi implicate. Il primo modello atomico è stato proposto da Thomson nel 1897. Scoprì che i raggi catodici sono costituiti da elettroni e che la materia ordinaria è neutra. Propose un modello atomico “a panettone”: l’atomo è costituito da una
carica positiva uniformemente distribuita in una sfera all’interno della quale sono immersi gli elettroni.
Successivamente Rutherford nel 1911, studiando la deflessione di particelle α da parte di una sottile lamina metallica scopì che la carica positiva di un atomo è localizzata in un nucleo molto più piccolo delle dimensioni atomiche. Presentò un modello planetario: nucleo carico positivamente attorno al quale ruotano, su orbite circolari e concentriche, gli elettroni. Restava però irrisolto il problema di instabilità: per leggi dell’elettrodinamica una carica elettrica soggetta ad una accelerazione centripeta irradia energia dovrebbe diminuire il raggio dell’orbita e gli elettroni dovrebbero cadere sul nucleo!
Finalmente nel 1913 Bohr formula l’ipotesi di un modello quantistico: Introduce due postulati che non hanno riscontro in meccanica classica:
1) Gli elettroni ruotano su orbite circolari attorno al nucleo. Solo le orbite per cui L=mvR=nh/2π sono permesse. Fino a che l’elettrone rimane su un’orbita permessa l’atomo non irraggia onde elettromagnetiche (stato stazionario).
2) Energia, sotto forma di radiazione e.m., è emessa o assorbita solo per transizioni da uno stato stazionario ad un altro. La frequenza ν della radiazione soddisfa la relazione:

hν = |Ei-Ef| con h= 6.626 * 10-34 Js costante di Planck

Effetto fotoelettrico: spiegazione

EFFETTO FOTOELETTRICO: ESEMPIO

Ogni volta che avviene, da parte della materia, emissione o assorbimento della radiazione elettromagnetica la quantità di energia scambiata in ogni evento microscopico elementare è legata alla frequenza ν della radiazione dalla relazione:
E=hν
L’energia della radiazione e.m. non è distribuita con continuità nello spazio, bensì è raccolta in quanti detti fotoni.
L’effetto fotoelettrico è stato studiato da più scienziati, che hanno osservato e introdotto diverse considerazioni e leggi.
Lenard, nel 1902 osservò che illuminando con luce visibile la superficie di alcuni tipi di metalli si può manifestare l’emissione di elettroni dalla superficie stessa. Ne dedusse che Il fenomeno presenta una frequenza di soglia ν0 (detta soglia fotoelettrica) al di sotto della quale non si osserva il fenomeno; inoltre l’energia cinetica degli elettroni emessi è indipendente dall’intensità della radiazione incidente e il n° di elettroni emessi aumenta con l’intensità della radiazione, mentre l’energia del singolo elettrone aumenta al crescere della frequenza della radiazione incidente. Tuttavia non riuscì a spiegare se gli elettroni ricevessero energia da una radiazione descritta in termini di intensità di un’onda.
Einstein nel 1905 scoprì che una radiazione e.m. di frequenza ν trasporta pacchetti di energia E=hν. L’intensità della radiazione è data dal numero n di pacchetti trasportati, mentre l’energia cinetica degli elettroni emessi è: Ecin = hν - W

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