Fisica Quantistica e Modelli Atomici: Dal Corpo Nero all'Effetto Doppler
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Emissione Termica e il Modello del Corpo Nero
Emissione termica: l'emissione di onde elettromagnetiche da parte di un corpo a causa della propria temperatura. L'emissione raggiunge il suo valore massimo in corrispondenza di una determinata lunghezza d'onda, λmax, in cui si ha il picco d'emissione.
Il corpo nero è il modello che rappresenta un corpo in grado di assorbire tutta la radiazione incidente e di emettere a tutte le lunghezze d'onda.
La Teoria Quantistica di Max Planck
La teoria quantistica postula che nei processi fisici in cui c'è trasferimento di energia, questa energia non può essere trasferita in modo continuo, cioè in quantità piccole a piacere, ma in quantità ben definite dette quanti (la minima quantità di energia corrisponde a un quanto di energia).
Ogni quanto di luce (fotone) possiede un'energia E legata alla frequenza di radiazione dalla relazione: E = h · ν e alla lunghezza d'onda dalla relazione: E = (h · c) / λ, dove h è la costante che Planck determinò nel 1900 e ν (ni) è la frequenza. La costante di Planck vale 6.626 · 10-34 J·s.
Il Modello Atomico di Bohr
Secondo il modello atomico di Bohr, l'elettrone orbita intorno al protone senza perdere la propria energia, muovendosi solo su determinati livelli. A ogni livello, indicato con i numeri 1, 2... in ordine crescente di energia, corrisponde una precisa quantità di energia che indichiamo con E1, E2...
Il livello 1, di minima energia, individua lo stato fondamentale dell'elettrone. Se riceve un fotone sufficientemente energetico, passa a uno stato superiore definito stato eccitato. Questo è il fenomeno dell'assorbimento, in cui il fotone smette di esistere.
La Serie di Balmer
Di tutte le righe dello spettro dell'idrogeno, solo 5 si trovano nella banda del visibile. Queste righe, sia in emissione che in assorbimento, fanno parte della serie di Balmer. Le righe della serie sono dovute alle transizioni dal secondo livello energetico ai livelli superiori in assorbimento o in emissione.
Per passare dal livello 2 al livello 3, l'elettrone deve assorbire un'energia pari a: E = E3 - E2. Come sappiamo, l'energia di un fotone è strettamente legata alla sua lunghezza d'onda dalla relazione E = (h · c) / λ. Per passare dal livello 2 al 3, l'elettrone assorbe un fotone con una lunghezza d'onda data dalla seguente formula: λ = (h · c) / (E3 - E2).
L'Effetto Doppler nella Luce
Quando una sorgente di luce si muove rispetto all'osservatore, la lunghezza d'onda percepita è maggiore di quella emessa nel caso di allontanamento, e minore nel caso di avvicinamento. La variazione è tanto maggiore quanto maggiore è la velocità della sorgente; tale legame è espresso da un'equazione che permette di ricavare la velocità di avvicinamento o allontanamento della sorgente rispetto all'osservatore.