Log In Iscriviti
StudySmarter - The all-in-one study app.
4.8 • +11k Ratings
More than 3 Million Downloads
Free
|
|

All-in-one learning app

  • Flashcards
  • NotesNotes
  • ExplanationsExplanations
  • Study Planner
  • Textbook solutions
Start studying

dualismo onda-particella

Save Salva
Print Stampa
Edit Modifica
Iscriviti gratis per sbloccare tutte le funzioni. Iscriviti ora

Il dualismo onda-particella afferma che la materia e la radiazione elettromagnetica manifestano proprietà sia corpuscolari che ondulatorie.

Dualismo onda particella della luce

Il concetto di dualismo onda-particella della luce afferma che la luce possiede proprietà sia ondulatorie che corpuscolari.

Dualismo onda-particella della luce: natura corpuscolare della luce

Anche se la luce si comporta chiaramente come un'onda, può anche essere considerata come un insieme di piccoli pacchetti di energia noti come fotoni. I fotoni non hanno massa e trasportano una determinata quantità di energia.

La quantità di energia trasportata da un fotone è direttamente proporzionale alla sua frequenza e inversamente proporzionale alla sua lunghezza d'onda. Per calcolare l'energia di un fotone, si utilizzano le seguenti equazioni:

E = h 𝜈

dove:

E è l'energia del fotone [J].

h è la costante di Planck: 6,62607015 10-34 [J s].

v è la frequenza [Hz].

Oppure:

E = h c / λ

dove:

λ è la lunghezza d'onda del fotone [m].

Dualismo onda-particella della luce: natura ondulatoria della luce

Le luce mostra chiaramente una natura ondulatoria e subisce fenomeni di riflessione, rifrazione, diffrazione e interferenza.

  • riflessione: è un fenomeno che si può osservare ogni giorno. In sostanza, la riflessione avviene quando la luce, avendo colpito una superficie, torna indietro. Questo "ritorno" si chiama riflessione e avviene a varie angolazioni.

Alcuni materiali sono in grado di riflettere la luce in modo speculates. In altre parole, se il raggio incidente forma un angolo θi con la normale alla superficie, il raggio riflesso formerà un angolo θr con la normale tale che θi = θr. Esempi di questi materiali sono l'acqua, il vetro o il metallo lucido. Questo fenomeno è noto come riflessione speculare.

La riflessione diffusa, invece, si ha quando la luce viene riflessa in diverse direzioni.

dualismo onda-particella riflessione StudySmarterFig. 1 - Un esempio di riflessione.

  • Rifrazione: è un altro fenomeno che si incontra nella vita quotidiana. Ad esempio, la si può osservare quando, guardando un oggetto immerso in parte in un contenitore pieno d’acqua, questo sembra essere spezzato nel punto in cui entra in acqua. Questo fenomeno è descritto dalla legge di Snell.

Secondo la legge di Snell, se θ1 è l'angolo del raggio incidente rispetto alla normale, θ2 è l’angolo che il raggio rifratto forma con la normale, n1 e n2 sono gli indici di rifrazione, rispettivamente, del mezzo 1 e del mezzo 2, la relazione tra gli angoli è data dalla seguente legge:

n1 θ1 = n2 θ2 .

dualismo onda-particella rifrazione StudySmarterFig. 2 - Un esempio di rifrazione.

  • Diffrazione: è il fenomeno per cui un’onda, dopo aver incontrato un ostacolo, devia il suo percorso. La diffrazione può manifestarsi in onde di vario tipo, dalle onde sulla superficie dell’acqua, al suono o alla luce. Esempi di diffrazione si possono notare nelle ombre degli oggetti che non sono nette ai bordi: alcune zone sono più chiare e altre più scure.

  • Interferenza: è un fenomeno causato dalla sovrapposizione di due o più onde. Il celebre esperimento di Young mostra i fenomeni di interferenza della luce.

Dualismo onda particella: esperimento della doppia fenditura

L’esperimento di Young realizzato nel 1801 dimostrò la natura ondulatoria della luce.

Immaginiamo di far passare la luce emessa da una sorgente attraverso due piccole fenditure. Se la dimensione d delle due fenditure è sufficientemente piccola rispetto alla lunghezza d'onda 𝞴 della radiazione incidente (d << 𝞴), a grande distanza dallo schermo le fenditure si comportano come sorgenti puntiformi di luce coerente.

Quello che avviene è che le onde emesse dalle due fenditure interferiscono: su uno schermo posto dietro le due fenditure si osserveranno frange scure alternate a frange luminose. Le frange luminose sono causate dall'interferenza costruttiva mentre le frange scure dall'interferenza distruttiva.

dualismo onda-particella interferenza due fenditure StudySmarterFig. 3 - Interferenza da due fenditure.

Dualismo onda-particella della luce: Legge di Planck e radiazione del corpo nero

Il pensiero scientifico odierno, avanzato da Max Planck, Albert Einstein, Louis de Broglie, Arthur Compton, Niels Bohr, Erwin Schrödinger e altri, sostiene che le particelle hanno una natura sia ondulatoria che corpuscolare. Questo comportamento è stato osservato non solo nelle particelle elementari, ma anche in quelle complesse, come gli atomi e le molecole.

Un corpo nero è una sostanza ideale che assorbe tutta la radiazione incidente e riemette tutta l'energia assorbita. Nel 1900 Max Planck formulò quella che è nota come legge di Planck della radiazione di corpo nero per spiegare lo spettro di emissione di un corpo nero cui la fisica classica non riusciva a dare accettabili interpretazioni.

Planck ipotizzò che gli atomi potessero assorbire o emettere energia in pacchetti discreti proporzionali alla loro frequenza 𝜈 e che quindi l’energia potesse assumere solo valori del tipo:

E = n h 𝜈

con n intero positivo.

Partendo da questa ipotesi, Plank ricavò la densità di energia della radiazione di corpo nero in funzione della sua frequenza:

Dove h è la costante di Planck (h = 6,62607015 10- 34J s), c è la velocità della luce (c = 299792458 m s-1), k è la costante di Boltzmann (k = 1,38064852 10 -23 J K-1) e T è la temperatura assoluta.

La maggior parte della radiazione emessa da un corpo nero a temperature fino a diverse centinaia di gradi si trova nella regione infrarossa dello spettro elettromagnetico. All'aumentare della temperatura, l'energia totale irradiata aumenta e il picco di intensità dello spettro emesso passa a lunghezze d'onda più corte, con conseguente emissione di una maggiore quantità di luce visibile.

Dualismo onda particella: effetto fotoelettrico

Nel 1905, Albert Einstein prese il modello del corpo nero di Plank e lo utilizzò per sviluppare la sua soluzione a un altro enorme problema: l'effetto fotoelettrico. Questo fenomeno è caratterizzato dall’emissione di elettroni quando un metallo viene colpito da radiazione elettromagnetica.

Einstein fornì una spiegazione dell'effetto fotoelettrico postulando l'esistenza dei fotoni, ciascuno dei quali trasporta un'energia proporzionale alla frequenza: E = h 𝜈 . Quando un fotone interagisce con un elettrone, se l'energia del primo è maggiore o uguale al lavoro di estrazione Le, questa è sufficiente a rompere il legame elettrico che tiene l'elettrone legato all'atomo. Quindi, l'elettrone può essere espulso dal metallo solo se . Questo valore determina la soglia minima di estrazione per ogni metallo.

Dualismo onda particella: l’ipotesi di de Broglie

Nel 1924 Louis-Victor de Broglie formulò quella che divenne nota come ipotesi di de Broglie. Egli diede un grande contributo alla fisica quantistica, affermando che anche le particelle come gli elettroni possono mostrare proprietà ondulatorie. Egli estese quindi il dualismo-onda particella introdotto da Einstein nel caso della luce alla materia. L’ipotesi di de Broglie è espressa dalla seguente relazione:

λ = h /m v

dove λ è la lunghezza d'onda della particella, h è la costante di Planck, m è la massa della particella e v la sua velocità.

Dualismo onda particella della luce: il principio di indeterminazione di Heisenberg

Nel 1927 Werner Heisenberg elaborò il principio di indeterminazione, un'idea centrale della meccanica quantistica. Secondo questo principio, non è possibile conoscere l'esatta posizione e quantità di moto di una particella allo stesso tempo.

Indicando con Δx e Δp, rispettivamente, l’incertezza sulla posizione e sulla quantità di moto di una particella, vale la seguente relazione:

Δx Δp ≥ h/4𝜋 .

Dualismo onda-particella - Key takeaways

  • Il dualismo onda-particella afferma che la luce e la materia hanno proprietà sia ondulatorie che corpuscolari.
  • La luce mostra i seguenti fenomeni ondulatori: riflessione, rifrazione, diffrazione e interferenza.
  • Sebbene la luce sia comunemente considerata un'onda, può anche essere concepita come un insieme di pacchetti di energia noti come fotoni.
  • L'energia di un fotone è proporzionale alla sua frequenza.
  • L'effetto fotoelettrico è l'effetto che descrive l'emissione di elettroni dalla superficie di un metallo quando questo viene colpito dalla luce di una certa frequenza. I fotoelettroni sono gli elettroni emessi.
  • Secondo il principio di indeterminazione, non è possibile misurare l'esatta posizione e quantità di moto di una particella allo stesso tempo.

Domande frequenti riguardo dualismo onda-particella

Il dualismo onda-particella afferma che la materia e la radiazione elettromagnetica manifestano proprietà sia corpuscolari che ondulatorie.

De Broglie diede un grande contributo alla fisica quantistica, affermando che anche le particelle come gli elettroni possono mostrare proprietà ondulatorie 

Le particelle di luce sono dette fotoni.

Per fotone si intende un quanto di luce che trasporta un'energia pari a: E = h 𝜈, dove 𝜈  è la frequenza della radiazione e h è la costante di Plank. 

60%

degli utenti non supera il quiz di dualismo onda-particella! Tu lo passeresti?

INIZIA IL QUIZ

Scopri i migliori contenuti per le tue materie

Iscriviti per sottolineare e prendere appunti. É tutto gratis.