Newsgroup: it.scienza.fisica
Titolo: Effetto fotoelettrico

Non sono molto esperto in questo campo ma qualcosa mastico: perche' la
meccanica classica non riesce a spiegare tale fenomeneo? C'e' bisogno
di introdurre i fotoni per risolvere tale questione?

 di introdurre i fotoni per risolvere tale questione?
Tale effettoconsiste nel fatto che un metalloalcalino investito da una
radiazione di piccola lunghezza d' onda (e quindi di grande energia)emette
degli elettroni. La peculiaritàdel fenomeno dipendeva dal fatto che la
variazione d' intesitàdella radiazione influenzava il numero ma non la
velocità (e quindi l' energia) degli elettroni che uscivano dal metallo:
questo fatto non era spiegabile con la fisica classica. In un suo saggio
del1905,che gli valse il nobel, Eistein dimostrò che questo comportamento
dipendeva dal fatto che la luce non veniva emessain quantità variabili in
modo continuo ma secondo quantità (o quanti) finite dette 'fotoni'.
A quetso punto l' indeterminazione sul duplice aspetto della luce
(corpuscolare o ondulatoria) indusse ad ipotizzare un differente tipo di
meccanica per il mondomacroscopico e quello microscopico.

Ciao, la strada non può che essere quella dei fotoni. L'effetto
fotoelettrico, infatti, è stato uno di quei fatti sperimentali che ha
indotto i fisici di inizio secolo a pensare che la materia a livello
microscopico dovesse avere una struttura "diversa". Einstein osservò che, se
la superficie di un metallo veniva investita da un'onda elettromagnetica (la
quale portava con sè una certa densità di energia), esso emetteva a sua
volta energia, ma non come avrebbero immaginato Galileo o Newton in modo
continuo, ma ad intervalli discreti, in pacchetti unitari multipli interi di
una costante fondamentale: la costante di Plank h.
Immagina, per visualizzare il fenomeno ad un nastro trasportatore che
trasporta buste di latte, piuttosto che ad un flusso di latte.
In particolare, l'emissione di energia da parte del metallo avviene sotto
forma do fotono che, come saprai, sono particelle prive di massa che però
trasportano energia, muovendosi alla velocità della luce.
Questa è stata una ulteriore prova, la più violenta forse, della dualità
onda-particella, ovvero dell'evidenza sperimentale secondo cui fenomeni
apparentemente indistinguibili potevano essere spiegati con una descrizione
ondulatoria o con un modello corpuscolare.
Infatti, supponi di avere un fucile che spara elettroni e con esso spari da
ogni direzione possibile verso una barriera nella quale sono state
ritagliate due fenditure. Bene, ora tu immagina che al di là dello schermo è
posto uno schermo diviso in cellette nelle quali andranno a finire gli
elettroni che riescono a superare la barriera. Il fenomeno è di natura
CORPUSCOLARE, infatti tu spari gli elettroni uno per volta, ma se dimentichi
di aver sparato elettroni unoalla volta ed osservi la distribuzione degli
elettroni nelle varie cellette dello schermo, scopri che tale distribuzione
possiede i massimi ed i minimi tipici dell'interferenza, che è un fenomeno
propriamente ondulatorio.
Spero di essere stato sufficientemente chiaro.
Ciao
Francesco


Ciao pare che non abbiate detto, in soldoni, una cosa importante 
 sperimentale dell'effetto fotelettrico, probabilmente il fatto piu' 
 importante ed inspiegabile classicamente (Francesco ha cercato di dare 
 una spiegazione di questo fatto importante che ora diro', ma non ha 
 detto quale era il fatto sperimentale, Alessandro lo ha accennato nella 
 prima riga ma e' non ha detto molto di piu').
 Il fatto piu' sorprendente dell'effetto fotoelettrico era la soglia
 sulle frequenze insieme all'istantaneita' del fenomeno. 
 Vediamo cosa si aspettavano i fisici fino alla scoperta dell' effetto
 fotoelettrico spiegato da Einstein nel 1905.
 Se uno prende un materiale (metallo alcalino) ed ha un'idea, anche vaga 
 della sua struttura atomica e del fatto che gli atomi contengono 
 elettroni e che si stacchino dall'atomo se ricevono sufficiente 
 energia, si aspetta che investendo il materiale (cioe' ogni singolo 
 atomo) con luce (ovvero onde elettromagnetiche)  di *qualsiasi* 
 frequenza, e aspettando un tempo sufficientemente lungo in modo che gli 
 elettroni assorbano sufficiente energia, alla fine si abbia una 
 emissione di questi ultimi.
 
 Si possono (potevano) fare delle stime  tenendo conto dell'energia, 
 classicamente *proporzionale* all'ampiezza dell'onda ed *indipendnente 
 dalla frequenza*, dell'onda elettro magnetica (EM) che investe 
 il singolo atomo del metallo per stabilire dopo *quanto tempo* qualche 
 elettrone salta fuori. Questo quando il metallo e' investito da onde
EM  
 di *qualsiasi*  frequenza ed ampiezza assegnate.
 Ci si aspetta, pensando classicamente, che il tempo sia tanto piu' 
 lungo quanto sia piccola  l'ampiezza dell'onda (cioe' l'energia che 
 assorbe il singolo atomo per unita' di tempo). 
 Tutte queste stime sono immancabilmente falsificate dall'esperienza 
 per due motivi
 (1)  si osserva che *indipendentemente dall'ampiezza 
 dell'onda*, se la frequenza della luce e' superiore ad un certo 
 valore dipendente dal materiale, allora c'e' emissione di elettroni, 
 il cui *numero* e' *proporzionale* all'ampiezza dell'onda.
 Se la frequenza e' inferiore alla soglia non c'e'alcuna emissione.
 
 (2) l'emissione, quando c'e' e' istantanea. 
 (il fenomeno sperimentale ha molte altre particolarita' inspegabili
 classicamente, io faccio solo un sunto di alcune proprieta' 
 determinanti)
 La spiegazione di Einstein si baso' sulle seguenti rivoluzionare
 ipotesi:  
  (a) la luce e' in realta' composta di *particelle*: i fotoni;
  (b) il cui  numero e' *proporzionale all'ampiezza* classica dell'onda; 
  (c) ciascuna particella porta una energia proporzionale alla 
  *frequenza* dell'onda classica  secondo una costante universale 
  indipendente da tutto il resto (costante di Planck).
 Notare che in quest'ottica, l'energia *totale* dell'onda e' ancora 
 *proporzionale  all'ampiezza*  (a)+(b) e cio' non contraddiceva i 
 fatti  classici noti fino a quel  tempo, pero' (c) dice che l'energia 
 di ciascuna singola particella di luce dipende dalla *frequenza*
 dell'onda e questo, insieme ad (a) era una novita' rispetto alle teorie 
 sulla luce fino al 1905.
 Gli elettroni (cio' e'sperimantalmente abbastanza evidente 
 nell'elettrone piu' esterno dei metalli alcalini) devono ricevere una 
 minima energia (energia legame) per sfuggire all'atomo,
 se ricevono un'energia maggiore, la differenza diventa energia cinetica
 (in pratica velocita') degli elettroni che sfuggono dall'atomo.
 L'idea ulteriore di Einstein fu che 
 (d) gli elettroni nell'atomo possono ricevere l'energia della luce 
 assorbendo istantaneamente singole particelle di luce, cioe' porzioni 
 finite di energia. 
 Se la frequenza e' troppo bassa, l'energia assorbita dall'elettrone 
 ricevendo un fotone (la probabilita' di riceverne piu' di uno insieme 
 e' supposta trascurabile) non e' sufficiente a staccarlo dall'atomo (e 
 viene impiegata per altri processi...[per es. alla fine riemessa come 
 fotoni uscenti dal metallo  o trasferita sotto forma di altro tipo di 
 energia: energia vibrazionale del reticolo: cioe' il metallo si 
 scalda]). 
 
 Questo spiega la soglia sulle frequenze riguardo all'emissione dei 
 fotoni e l'istantaneita' del fenomeno. 
 Inoltre, piu' l'onda EM incidente sul metallo ha ampiezza grande 
 piu'fotoni contiene, e se la frequenza supera la soglia minima, tanti 
 piu' elettroni escono dagli atomi, e questo spiega la proporzionalita' 
 degli elettroni all'ampiezza dell'onda elettromagnetica incidente sul 
 metallo alcalino. 
 Tutto questo ha aperto la strada alla teoria quantistica della luce.
 Dal punto di vista epistemologico faccio notare che le idee 
 quantistiche  di Einstein sono SUFFICIENTI a spiegare il fenomeni 
 connessi all'effetto fotoelettrico, ma non sappiamo se sono NECESSARIE. 
 Tutta la scienza e' cosi', nessuno puo' dire se tra 10, 20, 100 anni 
 si trovera' una spiegazione differente dello stesso fenomeno come di
 qualunque altro.
 Ciao, Valter Moretti

di introdurre i fotoni per risolvere tale questione?
Perchè non spiega la ragione per cui una radiazione, anche molto intensa, a
frequenza inferiore ad una data soglia non riesce ad estrarre elettroni dal
metallo.
Se invece si suppone che la radiazione e.m. sia costituita da quanti con
energia direttamente proporzionale alla frequenza e che l'elettrone per
essere estratto debba assorbire da un solo quanto tutta l'energia
necessaria, allora tutto quadra.
ciao
Danilo

Darth Vader
ICQ: 6486772 | FidoNet: 2:335/801.79
[Darth.Vader(at)TiscaliNetDOTit]