1 principi fisici di conversione avanzata (energetica l.s.) g.mazzitelli enea prima lezione
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Principi fisici di conversione avanzata (Energetica L.S.)
G.Mazzitelli
ENEA
Prima Lezione
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Forze fondamentali
• Forza gravitazionale (Moto dei corpi celesti, meccanica newtoniana)
• Forza elettromagnetica (Equazioni di Maxwell)
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Effetto fotoelettrico
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Effetto fotoelettricoFisica classica
Ecinetica max proporzionale alla intensità della radiazione (I)
L’effetto fotoelettrico è indipendente dalla frequenza
Il primo elettrone dovrebbe essere emesso per t>sec
Esperimento
Ecinetica max è indipendente dalla intensità della radiazione
L’effetto fotoelettrico dipendente dalla frequenza
Il primo elettrone è emesso istantaneamente
La risposta fu proposta da Einstein il quale propose che la luce avesse una natura corpuscolare: i fotoni particelle di massa zero che viaggiano alla velocità della luce ed hanno una energia pari a E=hν
h è la costante di Planck h=6.623x10-34 J .s
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Diffrazione degli elettroni
fotoni
elettroni
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Diffrazione degli elettroni
La spiegazione di questo esperimento è solamente possibile assumendo che le particelle hanno una natura ondulatoria la cui lunghezza d’onda detta di De Broglie
p
h
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Prima Lezione
• I costituenti nucleari• Le dimensione e la forma dei nuclei• Le masse nucleari e le energie di legame• La forza nucleare• Il decadimento radioattivo• Leggi di conservazione nel decadimento radioattivo• Il decadimento alfa• Il decadimento beta• Il decadimento gamma• La radioattività naturale
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Struttura dell’atomo
• Ogni atomo composto da un nucleo centrale che contiene la maggior parte della massa (99,9%) e da una nuvola elettronica intorno al nucleo.
• Il nucleo ha una carica elettrica positiva pari alla carica elettrica negativa degli elettroni per cui il nucleo è neutro.
• Il nucleo è composto da due tipi di particelle: i protoni e i neutroni.Protoni e neutroni sono chiamati anche nucleoni
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Protoni Neutroni Elettroni
• I protoni hanno carica positiva pari alla carica elementare e=1.6 10-19C e massa pari a
mp=1.673 10-27Kg
• I neutroni sono neutri e hanno massa pari a
mn =1.675 10-27Kg lievemente superiore a quella dei protoni.
• Gli elettroni hanno carica negativa pari alla carica elementare e=1.6 10-19C e massa pari a
me=9.11 10-31Kg
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L’atomo
• Il numero dei protoni è uguale a quello degli elettroni e si indica con Z (numero atomico)
• Il numero Z identifica l’elemento e conseguentemente determina le proprietà chimiche.
• La somma del numero di protoni e neutroni si indica con A (numero di massa)
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L’atomo
• mp/memn/me=1836.15. Come detto la massa è quasi tutta nel nucleo.
• Esistono nuclei con lo stesso Z e diverso A. Si dice che per ogni elemento vi sono diversi isotopi.
• Raggio degli atomi: 0.050.2nm;
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L’atomo
• Nella fisica nucleare è importante conoscere e specificare bene i differenti isotopi per cui un isotopo e identificato dal simbolo chimico X ( da cui si ha Z) e dal numero di massa A , il numero di neutroni sarà allora N=A-Z.
AX• Attenzione il numero di massa A
non identifica la massa del nucleo ma il numero di nucleoni
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Alcuni esempi
•L’idrogeno 1H ha due isotopi il Deuterio (D) 2H e il Trizio (T) 3H
•Quale l’elemento che ha un isotopo con numero di massa A=235 e che contiene nel nucleo 143 neutroni ?
Z=A-N=92 ovverosia l’uranio 235U
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Il nucleo
• La maggior parte dei nuclei hanno una forma quasi sferica con una densità di carica nucleare piuttosto piatta
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9r(fm)
Nuc
lear
den
sity
12C70Ge 209Bi
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Il nucleo
Numero di protoni e neutroni
Volume del nucleocostante= ≈
AπR34
3
A ∞ R3 R=R0A1/3
R0 è determinato sperimentalmente ed è ≈ 1.2 X10-15 m
Raggio dei nuclei: 17fm
La lunghezza 1.0 X10-15 m è 1 femtometer (fm) o 1 fermi
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EsercizioCalcoliamo la densità e la massa risultante di un
nucleo che abbia un ipotetico raggio di 1cm
kgxVm
mkgxAR
Am
R
Am
V
m pp
11
317303
433
4
108
/102
La massa di una sfera di raggio 1 Km della nostra materia !