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Titolo: Domande varie sull'interazione radiazione materia

Ho alcuni dubbi sull'interazione tra radiazione e materia e mi
piacerebbe avere delle delucidazioni a riguardo...
Considero l'interazione tra una radiazione ed un elettrone presente in
un metallo e quindi libero di muoversi. L'elettrone inizialmente è
nello stato di riposo, successivamente sente il campo elettrico della
radiazione e si muove coerentemente a questa. Il movimento a sua volta
lo rende sensibile alla componente magnetica della radiazione e quindi
subisce una forza di lorentz: tale forza spinge lungo una direzione
l'elettrone il quale essendo libero di muoversi (è in un metallo)
genera una corrente elettrica. E' giusto questo ragionamento?
Considerando invece un materiale dielettrico, questo presenta
elettroni che non sono liberi di muoversi ma che egualmente sentono la
componente elettrica della radiazione: questi si muovono coerentemente
al campo elettrico ma le loro oscillazioni sono smorzate per effetto
dell'attrazione con il nucleo. Come tutte le cariche che si muovono di
moto non uniforme, queste emettono delle radiazioni che sono della
stessa frequenza dell'onda incidente che ha generato il movimento
della carica. Di conseguenza un'onda elettromagnetica all'interno di
un materiale avrà D=eE+P dove E è il campo elettrico che non è stato
"assorbito" dagli elettroni, mentre P è la conseguenza
dell'assorbimento della radiazione da parte dell'elettrone.
Infine considero l'effetto compton: in meccanica classica in uscita da
un materiale (dielettrico) dovrei ottenere al più una radiazione di
frequenza pari a quella incidente, mentre tale effetto spiega
l'esistenza di una radiazione a lunghezza d'onda maggiore. In primo
luogo, non ho capito su che materiale viene effettuato l'esperimento.
Ho letto che dovrebbe essere grafite, il quale presenta elettroni
liberi di muoversi come in un metallo, quindi non capisco perchè si
ottiene una radiazione (un metallo soggetto ad una corrente costante
(quale quella provocata dalla radiazione) non dovrebbe emettere
radiazioni dato che gli elettroni si muovono a velocità costante).In
secondo luogo non ho ben capito quando si presenta l'effetto compton,
ovvero quando la radiazione deve essere studiata come fotone.
Spero che mi diate una mano a chiarire questi dubbi...
grazie

 grazie
Spero di non risponderti dicendo troppe castronate, ma altri più
esperti potranno emendare :) La corrente provocata da una radiazione
non è costante, perchè il campo elettrico di una radiazione è
oscillante, non abbiamo un campo statico, e perchè il campo magnetico
indurrebbe traiettorie curve nel moto degli elettroni in un mezzo dove
siano liberi di muoversi (metallo). Di fatto è vero che un metallo
ideale è in grado di assorbire qualunque radiazione incidente
( tralasciando la diffrazzione e lo scattering a lunghezze d'onda
paragonabili alla distanza reticolare dei nuclei), ma a sua volta la
riemette idealmente tale e quale. I metalli tendono infatti a
riflettere
specularmente le radiazioni. La grafite è un materiale anisotropo, è
un insieme di lastre planari di atomi di carbonio a reticolo
esagonale. I legami fra gli esagoni sono singoli e doppi, i legami
doppi e gli elettroni che li occupano possono muoversi per risonanza
all'interno dell'esagono e fra gli esagoni, come nei composti
aromatici. E' un immenso piano di molecole di benzene. Questi legami
coniugati generano una banda dove gli elettroni che li occupano sono
condivisi fra tutti gli atomi di carbonio del piano cristallino, non
sono quindi vincolati ad un orbitale di legame specifico come nei
dielettrici. Le lastre a reticolo esagonale sono però unite fra loro
da deboli forze inframolecolari, le forze di Van der Waals, e quindi
il moto degli elettroni fra i piani è fortemente impedito, per cui
lungo questa direzione la grafite si comporta come un dielettrico.
Spero di esserti stato utile.

 compton, ovvero quando la radiazione deve essere studiata come fotone.
Infatti: l'effetto Compton si vede con radiazioni di frequenza assai
maggiore di quella visibile.
In quelle condizioni puoi dimenticare che gli elettroni sono in un
materiale, legati ad atomi o no non importa.
Le energie dei fotoni incidenti sono talmente maggiori delle energie
di legame degli elettroni, che questi possono essere trattati come
liberi.
Se queste condizioni non fossero verificate, l'effetto risultante
sarebbe piu' complicato, perche' parte dell'energia dei fotoni
andrebbe spesa a staccare gli elettroni dagli atomi.
La scelta della grafite per l'esperimento credo che fosse piu' o meno
questa.
E' bene che si tratti di un materiale solido, per avere un'alta
densita' di elettroni presenti.
E' bene che si tratti di atomi di basso numero atomico, in modo che le
energie di legame degli elettroni siano comunque piccole.
Il litio metallico sarebbe andato anche meglio, ma non credo fosse
facilmente reperibile, e forse non e' cosi' trattabile per le sue
proprieta' chimiche.
Nota che l'effetto Compton non interessa solo gli elettroni della
banda di conduzione, ma *tutti* gli elettroni, anche quelli degli
strati piu'interni.
Nel caso della grafite (carbonio) l'energia di legame e' al massimo
500 eV, mentre i fotoni dei raggi X usati erano (mi pare) di circa 20
keV, ossia di energie 40 volte maggiori.
 
-- 
Elio Fabri

 maggiore di quella visibile.
In verità, pensavo che l'effetto compton fosse un fenomeno sempre
presente: l'urto di una qualsiasi radiazione (a qualsiasi frequenza e
quindi energia) subisce nella rifrazione uno shift di lunghezza
d'onda. Solamente che pensavo che data l'ampiezza dello shift
(dell'ordine dell'amstrong o anche meno) ,questo fosse misurabile sono
con radiazioni di ordini di grandezza simili, e quindi raggi x. Di
conseguenza pensavo che la scelta dei raggi x fosse dovuta alla
possibilità di misurare il fenomeno, non alla sua mancanza a frequenze
inferiori (il fenomento esiste sempre, solamente non è misurabile).

 inferiori (il fenomento esiste sempre, solamente non è misurabile).
Esatto.