buongiorno a tutte a tutti e benvenuti a questa nuova edizione di research is at school digital edition il ciclo di seminari dedicati alla fisica moderna organizzata dai laboratori nazionali di frascati degli nf n questi seminari sono rivolti principalmente a studentesse e studenti dell'ultimo anno delle scuole secondarie di secondo grado in questo primo webinar parleremo dell'elettromagnetismo in particolare della sua evoluzione e delle principali ricadute tecnologiche che lo studio di questa parte della fisica avuto nel nostro vivere quotidiano è il seminario è tenuto da laura bandiera ricercatrice degli nn sezione di ferrara laura lavora nel campo della fisica delle particelle e si occupa in particolare dello studio dei processi elettromagnetici all'interno dei reticoli cristallini con applicazioni e gli acceleratori di particelle si occupa anche dello sviluppo di tecniche e tecnologie per la cremazione per l'estrazione di fasci di particelle nell'acceleratore lhc del cern di ginevra vi ricordo che potete scrivere le vostre domande nella chat e alla fine del seminario risponderemo ad alcune di queste laura a te la parola grazie susanna di averlo invitato come come diceva susanna insomma vi parlerò oggi dell'elettromagnetismo un po la sua storia da quello che ha chiamato lettere magnetismo classico fino all'elettromagnetismo dei giorni nostri e come ci ha cambiato la vita nelle scoperte che si sono susseguite dallo sviluppo di questa teoria parliamo partiamo dall elettromagnetismo classico l'elettromagnetismo classico è quella teoria che sia sviluppata in piena rivoluzione industriale dalla fine del settecento fino alla fine dell'ottocento partendo quindi dalle scoperte sul campo elettrostatico di coulomb per arrivare a maxwell le onde elettromagnetiche con invenzioni importanti come lo sviluppo industriale della lampadina del motore elettrico quindi si parla di alison tesla ma anche i nostri galileo ferraris con l'invenzione del motore elettrico e la radio di marconi e questa teoria ha descritto le proprietà elettriche magnetiche della materia fino all'avvento della teoria più completa che l'elettrodinamica quantistica la famosa quantum elettro dynamics cosa si sapeva alla fine del settecento all'inizio dell'ottocento beket esistevano gli atomi che definiscono le proprietà dei materiali ma come era fatto l'atomo non sapeva perché la scoperta dell'elettrone e del 1897 di thomson e la scoperta del nucleo formato da protoni e neutroni all'interno dell'atomo è di rutter ford nel 1910 quindi all'inizio dell'ottocento si sapeva sì che esistevano gli atomi che esistevano proprietà elettriche della materia e anche proprietà magnetiche ma non si sapeva che le proprie l'elettricità proprio risiedeva in questo modo all'interno degli atomi questa immagine non è realistica perché il nucleo del dell'atomo ha un raggio che a 100 mila volte più piccolo di quello dell'atomo che invece è di almeno 10 metri quello del nucleo dieci alla meno 15 circa quindi non è un'immagine realistica noi oggi quindi sappiamo che all'interno dell'atomo ci sono una care cariche negative che sono di elettroni cariche positive che sono i protoni e all'interno del nucleo ci sono anche carine particelle neutre come neutroni la carica di elettroni e protoni è uguale e opposta insegno quindi si attraggono e molto piccola 1,6 per dieci alla meno 19 club mentre la massa dell'elettrone molto molto piccola 10 almeno 31 kg mentre quella del protone è più piccola si ma molto più grande di quella dell'elettrone perché insomma dieci alla meno 27 kg questa è l'ordine di grandezza quindi noi oggi possiamo chiedere che cosa tenga insieme le particelle nell'atomo se la forza elettrica di attrazione tra elettrone protoni ho la forza gravitazionale di attrazione tra dell'elettrone che viene attratto dal nucleo di protoni e neutroni se prendiamo l'altro mo di idrogeno che l'atomo più semplice esistente che è formato da un nucleo fatto di un solo protone di carica positiva e di un elettrone esterno e calcoliamo conoscendo le masse la carica elettrica la forza gravitazionale tenendo conto della costante di gravitazione universale troviamo anche a circa 7 per 10 almeno 48 newton se invece calcoliamo la forza elettrostatica di colombo vediamo anche è 1,6 per dieci alla meno 8 newton la forza attrattiva è quindi ovvio che essendo la forza elettrostatica ben 39 ordini di grandezza più grande e più intensa della forza gravitazionale è ovvio che sia la forza elettrica a tenere insieme gli elettroni e protoni nell'atomo tornando all'inizio dell'ottocento come vi dicevo non si conosceva l'esistenza dell'elettrone dei protoni negli atomi si sapeva che però le materie panno proprietà elettriche e magnetiche e si consideravano i fenomeni elettrici e magnetici che si conoscevano dai tempi antichi dei greci le cose completamente distinte però il fisico danese hans christian worcester nel 1820 fa una scoperta fondamentale e li fa passare corrente in un filo elettrico quando l'interruttore spento quindi non passa corrente la bussola normalmente punta verso il nord perché punta verso il polo del campo magnetico terrestre se però faccio passare corrente attraverso il filo elettrico vediamo che lago magnetico si sposta e non punta più a nord ha quindi la corrente elettrica sposta l'ago magnetico che cosa vuol dire che la corrente elettrica genera un campo magnetico che attrae la lago magnetico in maniera diversa e più forte rispetto a quello del campo magnetico terrestre appena il fisico francese andré mariam per sepe di questo esperimento di worcester ne fece subito un altro fece passare corrente attraverso due fili paralleli e dimostrò che se la corrente viaggia nello stesso senso due fili si attraggono se la corrente viaggia in un senso opposto all'altro nei due fili questi si respingono che cosa vuol dire che ognuno dei due figli genera un campo magnetico che attrae con forza magnetica l'altro filo o lo respinge in base al senso della corrente e quindi è stato dimostrato che c'è un collegamento sono una corrente genera un campo magnetico nel 1931 nel 1831 il fisico inglese michael faraday che era un illetterato scientifico era un rilegatore di libri ma grande appassionato di scienza fece quest'esperimento presa una calamita lacalamita sempre un polo nord è un polo sud il campo magnetico che esce dalla calamità esce dal polo nord e entra al polo sud faccio apre una parentesi il nome più o meno della carica elettrica nord e sud della carica del carica magnetica se vogliamo sono solo convenzioni che ci aiutano a comprendere che cariche uguali si respingono carico esposte si attraggono e poiché è il nome più e meno era già stato usato per la carica elettrica per quella magnetica in analogia con il campo magnetico terrestre quindi col polo nord al polo sud geografico sono state chiamate polo nord e polo sud quindi questa calamità che a questo campo che esce dal polo nord ed entra al polo sud si accorse che prendendo un filo elettrico avvolgendolo su se stesso formare una bobina e collegandone una lampadina ovviamente non c'è nessun generatore nessuna pila per cui la lampadina resta spenta però nel momento in cui io muovo la mia calamità dentro e fuori dalla bobina la lampadina si accende pure in assenza di un generatore in assenza di una piena che cosa vuol dire quello che noi vediamo è che nel movimento quello che cambia sono le linee di campo che vengono a volte più o meno da questa bovino dal filo elettrico e quindi c'è una variazione delle linee di campo a volte dal mio figlio elettrico e quindi una variazione di campo magnetico quindi michael fare scoprì che quando mario il campo magnetico all'interno di un circuito elettrico genera una corrente dotta cosa sappiamo oggi che in realtà il magnetismo è una proprietà intrinseca degli atomi perché gli automi sono delle sorte di mini correnti cioè l'elettrone gira intorno l'elettrone girano intorno al nucleo atomico e quindi sono delle sorte di corrente elementare e poiché abbiamo visto che è una corrente genera un campo magnetico ognuna di queste corrente elementari che qui vedete in blu rappresenta schematicamente l'elettrone che gira intorno al nucleo generano ognuna un campo magnetico queste frecce che sono disposti casualmente tra loro per cui in condizioni normali all'interno di un materiale ferromagnetico il campo magnetico totale nullo per gagliato mi sono orientate casualmente in presenza invece di campo magnetico esterno io posso allineare tutte queste questi micro magneti e quindi il ferro risulta magnetizzato ma allora non si sapeva come hanno fatto gli atomi all'interno qui non si poteva comprendere microscopicamente questo legame tra corrente e campo magnetico tornando a noi quindi abbiamo visto che con gli esperimenti di horst held e di ampera una corrente genera un campo magnetico faraday dimostrato che un campo magnetico variabile genera una corrente indotta quindi in parallelo maxwell questo fisico teorico inglese si chiese ma allora anche magari un campo elettrico che varia nel tempo può generare un campo magnetico indotto e sistemò in una teoria unitaria tutte le leggi dei fenomeni elettrici e magnetici che al tempo si conoscevano partiamo dalla legge di gauss per il campo elettrico dove il flusso fissa per flusso adesso vi dirò cos'è il plus del campo elettrico e normalmente si usa per il campo elettrico è proporzionale alla carica totale anche il campo elettrico poiché le cariche elettriche possono essere separate e isolate quindi possa avere un campo generato dalla carica elettrica isolata puntiforme negativa positiva come vedete il campo esce queste linee di campo escono entrano radialmente in base al segno della carica ora se io calcolo il flusso di queste linee di campo contenuto in una sfera vediamo che possono essere uscente ed entrante sono proporzionali insomma in questa sfera io contengo la carica è quindi ovvio che il flusso del campo è proporzionale alla carica contenuta nella sfera questo non vale per il magnete perché non riesco a separare polo nord e polo sud sia una calamità che ha un polo nord e polo sud dal polo nord come vi dicevo escono le linee di campo ed entrano al polo sud se io taglio in due questa calamità non ottengo un polo nord è un po il sub separato come invece posso tenere un elettrone separato da un protone ma otterrò due nuove calamite con entrambe un polo nord un polo sud e ovvio quindi che se calcolo il flusso insomma quante lines con e quante entrano da una sfera che contiene la calamità è ovvio che tante ne escono quante ne entrano per cui in totale il flusso del campo magnetico che viene normalmente chiamato b e zero ci sono alcune teorie tipo la teoria delle stringhe o la teoria della grande unificazione delle particelle che presuppongono lesi stessa l'esistenza di monopoli magnetici cioè una carica magnetica a nord sud isolate ma non sono ancora state scoperte poi faraday aveva scoperto che quindi un campo magnetico variabile nel tempo qui vedete la derivata del flusso nel tempo genera una corrente elettrica indotta ampere lo aveva previsto aveva dimostrato che una corrente i genera un campo magnetico maxwell aggiunge che anche un campo elettrico variabile nel tempo genera un campo magnetico queste sono equazione integrali mettendole in differenziale mescolandole tutte insieme maxwell ottenne due equazioni di enti per campo elettrico e per il campo magnetico b equazioni differenziali perché vediamo le derivate seconde nello spazio nel tempo e ci qua vediamo che la velocità della luce la forma di queste fazioni non è sconosciuta hanno la forma di equazione delle onde come le onde sonore le onde del mare le onde della luce perché allora se sapeva che la luce era un honda quindi il ca quest'equazione per il campo elettrico il campo magnetico hanno la forma del bionda come di sono delle onde di campo elettrico e magnetico onde elettromagnetiche che viaggiano la velocità c che alla velocità della luce nel vuoto questa è una cosa straordinaria perché si riconosceva la luce al tempo ma non si sapeva che fosse un'onda elettromagnetica quindi maxwell ha definito in modo completo il legame che durante tutto l'ottocento era stato studiato tra campo elettrico campo magnetico questo legame fondamentale per esempio nella realizzazione dei motori elettrici che sfruttano l'induzione elettromagnetica di fare da sé ha unificato definitivamente l'elettricità al magnetismo la fisica tende a queste unificazioni questa è la prima grande unificazione che abbiamo avuto in fisica i due campi vengono considerate due facce della stessa medaglia del campo elettromagnetico quindi le equazioni di maxwell e la loro sintesi nell'equazione delle onde apri a la previsione e alla successiva rilevazione sperimentale dell'esistenza di queste onde elettromagnetiche che non erano sconosciute fino ad allora che viaggiano alla velocità della luce si sapeva già dagli esperimenti fin dal seicento dagli esperimenti di lui ganz e dal definitivo esperimento di young della della doppia fenditura che la luce fosse un onda ma che fosse un'onda elettromagnetica cioè portatrice di campo elettrico e magnetico oscillante era una cosa che non si sapeva da una cosa totalmente rivoluzionaria è talmente rivoluzionaria qui siamo nel negli anni sessanta dell'ottocento e vi cito una frase del premio nobel richard feynman premio nobel americano del novecento che ha studiato proprio l'elettrodinamica quantistica che è la teoria più moderna dell'elettrodinamica e disse tra 10.000 anni non vi può essere dubbio che l'evento più significativo del xix secolo sarà ritenuto la scoperta di maxwell delle leggi dell'elettrodinamica la guerra civile americana apparirà come un evento pallido e in significativamente provinciale rispetto a questo importante evento scientifico dello stesso decennio quindi questa teoria ha una portata straordinaria ricapitolando quello che sappiamo adesso grazie a max la ea tutte le scoperte precedenti che se la carica elettrica è ferma si parla di campo elettrico se si muove quindi genera una corrente se anche un campo magnetico quindi è una questione di punti di vista perché un campo magnetico che ha generato da una carica al movimento viene visto come tale da un osservatore fisso esterno ma se io mi metto a cavallo dell'elettrone per esempio che si muove io vedo solo il campo elettrico perché per me l'elettrone fermo viceversa un osservatore fisso che osserva un campo elettrico generato da una carica ferma inizia a vedere anche un campo magnetico se l'osservatore comincia a muoversi rispetto alla carica infine se la carica accelera e o la corrente oscilla il campo elettrico e magnetico si possono sostenere a vicenda e propagarsi a distanze considerevoli dalla sorgente insomma dalla carica che li ha generati in questo caso si parla proprio di onde elettromagnetiche la luce come diceva un campo elettromagnetico che ha prodotto in genere dalle moto degli elettroni negli atomi perché noi oggi sappiamo che gli elettroni che dentro lato non ci sono delle cariche in movimento sento circolare quindi in moto accelerato maxwell morì nel 1879 e al tempo gli scienziati non credevano davvero all'esistenza di queste onde elettromagnetiche che lui aveva scoperto semplicemente matematicamente mettendo insieme tutto ciò che si sapeva allora dei fenomeni elettrici e magnetici nessuno sapeva come produrle o individuarle eric herzl e scoprì nel 1887 con un oscillatore elettrico generò vedete qui l'immagine che rappresenta lo scillato re elettrico generò un'onda e con un'antenna con una primitiva antenna alla distanza di un metro qualche metro ricevette l'onda elettromagnetica e questo diede il via la nascita delle telecomunicazioni quindi la radiotelevisione cellulare ci ha completamente cambiato la vita quindi il campo elettromagnetico come vi dicevo a un'esistenza autonoma si allontana dalla sorgente si propaga nello spazio e trasporto energia e si propaga come un'onda qui vedete un'onda rappresentata da una corda che viene generata dal movimento della mano il movimento oscillatorio della mano le onde elettromagnetiche sono trasversali che cosa vuol dire che campo elettrico e magnetico sono perpendicolari alla direzione di propagazione dell'onda che si propaga in linea retta questa molto importante e sono perpendicolari tra loro qui abbiamo la rappresentazione dell'onda elettromagnetica un certo istante che chiamiamo t1 come vedete si propaga lungo l'asse z ha una certa lunghezza d'onda che noi chiamiamo lambda queste frecce arancione rappresentano il campo elettrico che oscilla e come vedete aumenta intensità lari diminuisce cambia verso aumenta intensità e citra come un seno e ortogonalmente nel verde vediamo con gilles anche il campo magnetico all'istante t1 più del fatti se sono nel vuoto l'onda si sarà spostata in avanti di una distanza ci che la velocità della luce per delta t come faccio a generare onde elettromagnetiche per esempio facendo oscillare gli elettroni mediante un oscillatore elettrico una corrente alternata la frequenza dell'onda elettromagnetica generata è legata alla frequenza di oscillazione degli elettroni nell'antenna e come faccio a rivelarle di un'antenna che fatta da questo metallo dove in mezzo c'è la resistenza sa quando arriva l'onda elettromagnetica vedete c'è il campo elettrico che varia e cambia verso quindi quando è in questo verso il campo praticamente questo diventa al polo è più il polo meno si invertono quando arriva l'onda che cambia verso in questo modo alla resistenza r che può essere il nostro ricevitore arriva un segnale alternato elettrico che è proporzionale insomma la frequenza dell'onda e quindi in questo modo riesco a percepire insomma il segnale elettrico e questo diciamo dalla questa l'immagine marconi con il suo primaradio diciamo ma questo è come funzionano attualmente il principio base di tutte le telecomunicazioni attuali sfruttano questo principio e sfruttano le onde elettromagnetiche lo spettro elettromagnetico e ampio che cosa lo spettro l'insieme di tutte le possibili onde elettromagnetiche che viaggiano si è tutta la velocità della luce però hanno caratteristiche diverse che dipendono dalla diversa lunghezza d'onda più la lunghezza d'onda grande vediamo le onde radio hanno lunghezze d'onda è molto grandi più l'energia e passa e la frequenza è bassa più la lunghezza d'onda è piccola questa parte dello spettro vediamo qui e raggi xe raggi gamma più la frequenza aumenta e l'energia dell'onda l'energia che viene trasportato dall onda aumenta ma adesso le vedremo un po tutte queste onde elettromagnetiche le onde radio occupano la parte bassa della frequenza dello spettro con lunghezze d'onda comprese tra i 10 km ai 10 centimetri è la cosa importante che le comunicazioni radio sfruttano il fatto che le onde vengono riflesse della ionosfera vi voglio raccontare un aneddoto che riguarda marconi e la scoperta della radio come vi dicevo non è che marconi ha scoperto le onde elettromagnetiche però nessuno sapeva come utilizzarle perché perché è il nostro augusto righi di bologna anche lui ha un costo apritore delle onde elettromagnetiche sapevano perfettamente che le onde elettromagnetiche viaggiano in linea retta e perché esiste la curvatura terrestre come faccio a mandare una trasmissione dall'altra parte da qua per esempio in america marconi allora studiava bologna andò dal suo professore augusto righi e gli disse che lui con queste onde elettromagnetiche avrebbe fatto il telegrafo senza fili con le trasmissioni da qui agli stati uniti e il professore righi che sapeva bene che viaggiano in linea retta e la curvatura della terra non avrebbe mai permesso di trasmettere il segnale fino in america gli disse insomma che era meglio che studiasse un po di più però marconi era cocciuto aveva una madre era molto ricca e li finanzia questo questi studi ed effettivamente da londra agli stati uniti mandò un segnale radio che rivalsa insomma il premio nobel perché ne marconi nei righi sapevano che esisteva la ionosfera che riflette le onde radio e quindi permette trasmissione a distanze molto lunghe e quindi insomma questo ci ha permesso di avere le prime trasmissioni radio a distanze enormi che ha cambiato completamente la nostra vita la trasmissione dei segnali televisivi funziona allo stesso modo con ripetitori o trasmissioni satellitari che lo vedete riflettono rimbalzare il segnale passiamo ora alle microonde che hanno una lunghezza d'onda un po più piccola e sono quindi un po più energetiche con una frequenza un po più alta la lunghezza d'onda delle microonde è compresa tra qualche decina di centimetri mm anche se il nome devo dire è confonde perché fa pensare al micron è in realtà sono onde abbastanza grandi come vedete cm mm vedremo dopo come funziona un torna microonde perché è una cosa estremamente interessante la radiazione infrarossa va dai 7 per dieci alla meno sette metri fino al millimetro e la radiazione per noi del calore perché praticamente ogni un corpo a temperatura ambiente come noi e mette proprio negli infrarossi gli infrarossi sono anche parte della causa dell'effetto serra perché praticamente gli infrarossi emessi dalla superficie terrestre vengono riflessi dai gas serra e quindi continuano a scaldare continuamente la superficie del suolo poi se la radiazione visibile che è quella che vede il nostro occhio che è costituita dalle onde elettromagnetiche che noi percepiamo sotto forma di luce di solito infatti quando si parla di luce si intende questa parte a piccola molto piccola dello spettro elettromagnetico con lunghezze d'onda che vanno dal rosso di 700 nanometri fino al violetto 400 nanometri quindi il rosso è meno energetico del violento poi si passa alla radiazione ultravioletta con lunghezze d'onda minori che arrivano fino a dieci alla meno otto metri che hanno delle dimensioni anche di delle molecole quindi le molecole abbastanza grande e tito il dna quindi possono favorire diverse reazioni chimiche come la produzione di melatonina nella pelle quindi farci abbronzare ma poiché hanno delle dimensioni delle molecole possono anche modificare tramite rezza di chimica il dna e procurare quindi danni gravi alla pelle e agli occhi poi ci sono i raggi ics che hanno lunghezze d'onda dell'ordine del raggio atomico che cerca di essere almeno 10 metri quindi i raggi ics possono penetrare nel nostro corpo e possono modificare tramite reazioni chimiche il nostro dna le nostre cellule proprio perché hanno le dimensioni atomiche quindi sono sì importanti in medicina sia per la diagnostica per poter vedere all'intera il nostro corpo e che per la radioterapia per esempio però in dosi eccessive possono essere molto pericolose quindi vanno controllate e infine ci sono i raggi gamma che hanno lunghezze d'onda più piccole di dieci alla meno undici metri e quindi hanno le dimensioni del nucleo atomico enuclea tommy co hanno le dimensioni di essere a meno 13 10 almeno 15 metri infatti si generano naturalmente nelle reazioni del nucleari radioattive all'interno delle nostre stelle nelle reazioni nucleari nelle centrali nucleari e hanno una grande capacità di ionizzare gli atomi e possono essere molto pericolose per gli esseri viventi ricapitolando quindi come vediamo guardiamo questa freccia dell'energia che aumenta quindi basse frequenze grande lunghezze d'onda dalle onde radio fino alla luce visibile tutte queste da questa parte si dicono no ionizzanti perché la dimensione della lunghezza d'onda di queste onde elettromagnetiche è troppo più grande delle molecole per poter attivare delle reazioni chimiche che possano ionizzare insomma il materiale quindi essere molto pericolosa sopra dalla luce blu ma soprattutto dall'ultravioletto in poi e lunghezze d'onda diventano molto piccole le energie e molto alte e cominciano a poter organizzare il materiale il sole mette tutte queste lunghezze d'onda la maggioranza vengono bloccate sia le microonde per esempio grande parte degli ultravioletti e quasi tutti i raggi xe raggira ma vengono bloccati dalla nostra atmosfera fortunatamente quelle che arrivano con maggiore intensità sulla terra sia perché lo spettro solare le mette in maggiore intensità ma anche perché l'atmosfera blocca le altre sono proprio quelle che noi vediamo la luce visibile e quindi non è un caso che la vita sulla terra quasi tutti gli animali a parte alcuni come le api vedano principalmente solo questo spettro che lo spettro visibile proprio perché è la luce del sole a livello del suolo terrestre è più abbondante proprio nella regione che noi chiamiamo visibile quindi l'evoluzione darwiniana favorito lo sviluppo di rivelatori di occhi capace di vedere proprio queste lunghezze d'onda e qui abbiamo un po ricapitolato che cosa la rivoluzione delle onde elettromagnetiche dovuta la teoria di maxwell e siamo alla fine dell'ottocento è però ci sono delle cose che non tornano in particolare come abbiamo visto le leggi dell'elettromagnetismo violano il principio di relatività galileiana ovvero due osservatori inerziali osservatori marziale vi ricordo che sono due osservatori che tra loro si muovono di moto rettilineo con velocità costante abbiamo visto che due osservatori inerziali avrebbero dovuto usare equazioni diverse per descrivere gli stessi fenomeni elettromagnetici un osservatore fermo vede per esempio campo elettrico di una carica statica un osservatore in movimento vede anche un campo magnetico e poi c'è un'altra contraddizione con la meccanica classica galileiane newtoniana che risiede nel fatto che la velocità della luce nel vuoto rimane la stessa per tutti gli osservatori inerziali questa cosa non è possibile in meccanica classica e vi faccio un esempio molto semplice la relatività galileiana che è quella della nostra vita di tutti i giorni e quindi funziona bene nella vita di tutti i giorni per esempio se io viaggio in auto a 100 km orari e accanto a me in autostrada sia un'altra auto che viaggia nella mia stessa direzione a 100 km rari dal mio punto di vista la percepisco ferma perché ogni volta che mi volto vedo sempre la macchina di fianco e quindi è come se le nostre due velocità si fossero annullate e relativamente a me la sua velocità e zero se invece incrocio per strada un'altra auto che va sempre 100 km orari come me ma in verso opposto dal mio punto di vista è come se andasse a 200 km varie perché per la relatività galileiana le velocità si sommano o si fa la differenza insomma si sottraggono facciamo lo stesso esempio di me che viaggio a cavallo di un raggio di luce e sono a cavallo di un raggio di luce nel vuoto e sto viaggiando quindi a 300.000 chilometri al secondo a fianco ma c'è un altro raggio di luce che vanno nella stessa direzione e quindi dal punto di vista galileo per me dovrebbe la sovversiva dovrebbe essere nulla e invece no se la calcolo anche dal mio punto di vista è sempre 300.000 chilometri al secondo stessa cosa se io incrocio un raggio di luce in senso opposto per me che sto viaggiando anch'io su radio di luce è come se questo raggio di luce viaggiasse a due volte la velocità della luce secondo galileo e invece se faccio l'esperimento trovo sempre che questo raggio di luce viaggia 300.000 chilometri al secondo quindi l'elettromagnetismo è totalmente in contraddizione con la meccanica classica la soluzione la ladra einstein con la relatività ristretta speciale nel 1905 c'è un altro problema sempre nell'ottocento durante questo sviluppo enorme della rivoluzione industriale è stato molto importante cercare di capire di avere una sorgente ideale introdotta da kircos che si chiama corpo nero per poter definire insomma una sorta di candele ideale visto che si stavano sviluppando lampadine eccetera eccetera serviva una sorgente ideale per determinare lo standard delle altre sorgenti e quindi fu definito questo corpo nero ideale facciamo un preambolo tutti i corpi solidi liquidi a qualsiasi temperatura emettono radiazione elettromagnetica con spettro continuo per esempio noi che siamo a temperatura ambiente l'essere umano come vi ho detto è netto nell'infrarosso una lampadina a incandescenza che si scalda fino a migliaia di gradi e mette la luce visibile un corpo anche noi può anche assorbire radiazione incidente che viene prodotta ad altre sorgenti ecco questa sorgente ideale chiamata corpo nero è in grado di assorbire tutta la radiazione elettromagnetica che riceve e per questo motivo si chiama nero ed emette radiazione che dipende solo dalla temperatura delle sue pareti esterne e l'onda come fatah al suo interno una stella come il sole un buon colpo nero perché in buona approssimazione assorbe tutta la radiazione incidente e lo spettro elettromagnetico che emette non dipende da quello che succede al suo interno ovvero le reazioni di fusione nucleare ma solo dalla sua temperatura esterna è infatti il sole emette uno spettro di corpo nero che quello che vedete qui con l'intensità in funzione della lunghezza d'onda qui ci stanno i raggi da me raggi xa il visibile qui infrarossi microonde onde radio acceterà eccetera lo spettro di corpo nero tipico di una sorgente di circa 5000 6000 gradi perché la sua temperatura esterna la temperatura interna del sole air di milioni di gradi dove avvengono le reazioni nucleari però come vedete un buon corpo nero ora rail e e jeans applicarono le equazioni di maxwell per calcolare quindi alle radiazioni emesse assorbite dalle pareti del corpo nero come il sole per calcolare lo spettro di corpo nero ma con questo calcolo il loro ottennero che diminuendo la lunghezza d'onda quindi aumentando l'energia della radiazione lo spettro dovesse l'irraggiamento dovesse di vendere all'infinito cosa che è palesemente in contraddizione con quello che sperimentalmente si poteva osservare dello spettro solare dove c'è un massimo del visibile ma poi ad alte energie dove ci sono i raggi xe raggi gamma cioè una caduta che tende a 0 infatti questo problema si chiama catastrofe ultravioletta perché tende a infinito verso energie più altre quindi verso l'altra violetto ed è in contraddizione con gli esperimenti e come lo risolve questo problema l'uso le equazioni di maxwell non ottengo risultato sperimentale per il corpo nero è la soluzione c'è la dal fisco tedesco max planck nel 1900 e da lì parte la teoria dei quanti facciamo un passo indietro sulla luce fin dal seicento ci fu un dibattito molto agguerrito su la natura di corpuscolo o di honda della luce isaac newton era convinto che la luce fosse formata da corpuscoli che si comportano in maniera diversa in base al colore ognuno ha un comportamento diverso per esempio di indice di rifrazione se verde rossoblù eccetera christian wickens invece era un convinto sostenitore della natura ondulatoria della luce che la luce fosse un onda in base all'osservazione effettuati intorno al 1600 69 danese bartoli e poi da fre snella francese si stabilì che la luce era composta da onde onde trasversali e l'esperimento di thomas j nel 1801 della doppia fenditura famosissimo avvalorò definitivamente la natura ondulatoria della luce poi con l'equazione di maxwell abbiamo anche compreso che sia un onda ma è proprio un'onda elettromagnetica quindi la luce visibile è solo una piccola parte dello spettro elettromagnetico quindi rappresento l'esperimento di young della doppia fenditura che ha determinato che la luce era un onda in maniera direi definitiva l'esperimento young usa una sorgente e poi pose uno schermo in cui creò due fenditure equidistanti in questo modo generò due sorgenti puntiformi da queste fenditura e poi a una certa distanza bisogno schermo ora se la luce fosse stata un corpuscolo nella zona di intersezione qui tra le due sorgenti avrei dovuto avere semplicemente maggiore intensità di luce che allontanandosi sarebbe dovuta a diminuire perché qui avrei avuto più corpuscoli e fuori meno corpuscoli realtà quello che egli misurò sono queste frange di interferenza con dei massimi dove l'intensità della luce molto grande e dei minimi dove praticamente o buio non c'è luce come li come li posso descrivere perché è praticamente essendo la luce un onda nel caso in cui in questo punto l'onda generata da questa sorgente da questa sorgente arrivasse in fase di fase concordanti come le onde del mare le due intensità si sommano e ottengo una praticamente un'onda più intensa con la stessa lunghezza d'onda nel caso quelle dove suoi minimi tipo qui buio i due raggi di luce le onde elettromagnetiche sono arrivate sfasate e quindi si sono cancellate come capita anche alle onde del mare quindi la presenza proprio di queste frange di interferenza sullo schermo determina definitivamente che la luce è un'onda e non un corpuscolo perché non avrei dovuto misurare queste frange di interferenza blanc per risolvere però la catastrofe tra violetta propose e che all'interno di un corpo nero la radiazione elettromagnetica poteva essere assorbita dimessa solo in quantità discrete chiamate quanti in quanto dal latino quanto un tot una certa quantità un pacchetto un mattoncino planck pensava che fosse un mero artificio matematico cioè lui non pensava che la luce fosse fatta da quanti o da particelle ma semplicemente un trucco matematico per risolvere il problema della catastrofe tra violetta questo quanto dipende a una certa energia questo pacchetto mattoncino se vogliamo che è molto molto piccolo che ha uguale alla costante introdotta planck h che come vedete è molto piccola dieci alla meno 34 jumper secondo per la frequenza dell'onda quindi questi mattoncini sono diversi per ogni frequenza dello spettro elettromagnetico più la frequenza è alta o lunghezza d'onda piccola più l'energia tentare questo mattoncino è più grande però partendo da questa pura idea matematica e osservando quelli che erano gli esperimenti di fine ottocento einstein arrivò a capire che la luce si poteva comportare come una particella infatti terza e augusto righi nel fine del 1800 aveva cominciato a fare degli studi su quello che si chiama effetto tutto elettrico che è l'emissione di elettroni da una superficie metallica quando viene colpita da radiazione elettromagnetica esperimenti molto semplici per noi in cui c'è praticamente due elettrodi un polo negativo e un polo positivo di metallo all il polo negativo viene irraggiato da una sorgente di luce gli elettroni vengono estratti e accelerati dal sul polo è positivo e lahm però metros e nella corrente verifica insomma che gli elettroni sono stati strappati dal quello che viene chiamato foto catodo in fisica classica ci aspettiamo che insomma il campo elettrico della luce eserciti una forza di estrazione su gli elettroni l'energia cinetica dell'elettrone che viene estratto deve essere proporzionale all'intensità ovvero all'ampiezza dell'onda e per essere strappato l'elettrone ha bisogno di un po di tempo per assorbire l'energia quindi l'elettore non vengono strappati immediatamente quando cominciò arrangiare il catodo e soprattutto qualunque frequenza causa missione di elettrone semplicemente l'importante che l'elettore dopo un po assorba l'energia necessaria per essere strappato e come vi dicevo l'emissione ritardata perché ci vuole un po di tempo perché l'elettrone assorba l'energia necessaria per essere scalzato dal metallo quindi fisica classica se io ho una sorgente di qualunque tipo continuando a fornire energia a un certo punto di elettroni vengono liberati se cresco l'intensità vedete l'ampiezza della mia radiazione dovrebbe crescere sia il numero degli elettroni liberati che la loro velocità stessa cosa se aumenta la frequenza vuol dire che ha più l'etica dovrebbe crescere il numero di elettroni liberati la loro velocità ma questo né a quello che succede in realtà in questi esperimenti quello che si vede negli esperimenti sa che se la frequenza della luce è minore di una certa frequenza di soglia non importa quanto intensa sia la mia sorgente non riesco a strappare elettrone qui lo vediamo bene qui un foglio di potassio io non importa quanto intensa sia questa sorgente di luce rossa non riuscirò mai a strappare elettrone anche con una sorgente estremamente intensa se invece la frequenza della luce maggiore di una certa soglia e questo succede per esempio con questa luce verde l'emissione dell'elettrone è immediata non ci vuole del tempo all'elettrone per assorbire l'energia necessaria per essere strappato dal dal foglio di potassio ma l'emissione immediata appena non comincia a irraggiare il metallo l'elettrone viene scalzato come se fosse un urto tra particelle una sorta di biglia la radiazione una biglia che colpisce l'elettrone lo scalza dall'atomo come tra urti fra particelle inoltre quando aumenta la frequenza di soglia per esempio usando il violetto uso una energia più una frequenza più alta quindi un orda con energia più alta gli elettroni espulsi non solo di più ma semplicemente si muoveranno con una velocità maggiore questa freccia indica che a velocità maggiore rispetto agli elettroni scalzati dalla luce verde se aumenta l'intensità della luce sopra la frequenza di soia ovviamente aumenta il numero di elettroni espulsi ma non viaggiano più velocemente tutto ciò è in contraddizione con l'interpretazione classica della luce come un'onda infatti l'interpretazione di questi esperimenti utilizzando quello che per blanc era un mero artificio matematico la diede einstein con l'effetto fotoelettrico introducendo nel 1905 per la prima volta al concetto di pacchetto di energia o fotone quanto di energia la luce come un pacchetto di energia come una particella di energia chiamata fotone e questo gli è valsa il premio nobel nel 1921 che cosa aveva capito einstein che l'energia necessaria per rimuovere un elettrone dal metallo la chiamiamo per esempio fi è tale per cui se il fotone quindi il quanto di luce incidente a una frequenza troppo piccola il suo energia h costante di planck per la frequenza non è sufficientemente elevata per strappare l'elettrone dal metallo appena invece il fotone quindi usando per esempio la luce verde rispetto a luce rossa nell'esempio precedente col potassio ha un'energia sufficiente per maggiore di questa energia necessaria a rimuovere le letture del metallo che ho chiamato fi quindi hanno energia h per la frequenza maggiore di fi elettrone viene scalzato immediatamente e l'energia in eccesso di questo fotone diventa energia cinetica del elettrone scalzato che noi chiamiamo affatto elettrone le applicazioni dell'effetto fotoelettrico sono tantissimi per esempio dispositivi visione notturna arriva la luce se il fato catodo che emette elettroni e diventando un segnale elettrico che viene poi arriva questo schermo fosforescente e che mira a sua volta un segno di nuovo un segnale visivo oppure nei pannelli fotovoltaici alla luce del sole colpisce il silicio e la giunzione le silicio che genera strappa gli elettroni ma in questo caso anche le lacune si chiamano e questo segnale elettrico mi dice che insomma viene trasformato in elettricità e quindi tipo tutti i pannelli fotovoltaici sfruttano l'effetto fotoelettrico la luce questa luce quantizzata è presente anche negli atomi e luce emessa nelle atom non è continua e presenta soltanto alcune frequenze che sono caratteristiche di ciascun tipo di atomo sempre in quegli anni i primi anni del novecento si studiavano le missioni di luce mediante scariche in gas di atomi e rarefatti idrogeno elio neon noi i neo non si usano più però funzionavano allo stesso modo facendo passare la luce emessa da una scarica in atmosfera di idrogeno attraverso un prisma si vede che non è composta da tutto lo spettro elettromagnetico ma solo da alcune precise frequenze che vengono chiamate righe spettrali rosso verde blu e violetto perché mancano tutte le altre la spiegazione ce l'abbiamo con gli studi di borra degli atomi che i livelli energetici su cui stanno gli elettroni all'interno dell'atomo qui per semplificare abbiamo sempre l'atomo di idrogeno in cui c'è solo un protone e un elettrone esterno gli elettroni si possono trovare su dei livelli che si dice quantizzati o discreti non si possono trovare tra un livello e l'altro è come se l'atomo fosse una sorta di scala qui si vede bene in cui piano terra è lo stato fondamentale cioè più di così l'elettrone non può andare secondo le leggi della fisica quantistica perché non può cadere sul nucleo e poi quelli che chiamiamo state citati ad energia più alta sono tutte le altre gradini l'elettrone non può stare tra un gradino e l'altro ho qui oli non può stare come mezzo ed è per questo che gli spettri di emissione degli atomi sono e mettono solo alcune precise frequenze perché per esempio se io salto dal gradino 5 al gradino 2 faccio un bel salto nei ed emette un fotone di energia blu che questa frequenza se salto dal gradino 42 questa differenza di energia più piccola ma è ben precisa non posso saltare da una cosa che sta in mezzo tra il 5 4 al 2 ma sono solo salti quantizzati discreti e questo salto un po meno energetico e quindi emette una luce meno energetica verde se salto dal gradino 3 ha gradito 2 l'elettrone salta da gardino tra il grandioso 2 emette luce e mette meno energia e quindi luce rossa quindi se un elettrone salta da un livello eccitato verso un livello più interno fino allo stato fondamentale e mette fotoni di certe frequenze precise che sono legate alle differenze ed energia di questi livelli invece lato ma assorbe solo energie ben precise come abbiamo visto nell'effetto fotoelettrico per poter saltare da un livello all'altro questo è molto importante per farci capire come fanno le onde elettromagnetiche a scaldare gli alimenti perché le microonde abbiamo visto che sono onde elettromagnetiche e come fanno a scaldare gli alimenti prima dobbiamo capire una cosa quando scaldiamo trasferiamo calore ma cosa significa a livello microscopico trasferire calore bisogna ricordarci che la materia è composta da tre molecole in continuo movimento e l'ipotesi del trasferimento del calore a livello molecolare è molto semplice è legata al movimento di molecole e da tommy supponiamo per esempio di porre una pentola sul fuoco le molecole contenute nella fiamma cominciano a muoversi sempre di più e vanno a colpire le molecole del metallo che costituisce la pentola nelle molecole del metallo anche lì e aumenta l'energia cinetica ciao aumentano l'ampiezza e la velocità di vibrazione questi aumenti si comunicano all'acqua contenuta all'interno della pentola anche le molecole d'acqua aumentano la loro velocità e si scaldano quindi dal punto di vista microscopico le trasferire calore vuol dire far aumentare l'energia cinetica il movimento delle molecole perché anche nei solidi gli atomi sono posti in un reticolo cristallino ma possono vibrare sempre di più quindi forno a microonde come fa scaldare gli alimenti beh i forni microonde sono tarati con l'energia giusta dei livelli e rotazionali della molecola d'acqua che cosa sono i livelli rotazionale abbiamo visto l'atomo di borra che è un atomo semplice tipo nato ma di idrogeno le molecole però sono più complicate perché ci sono più atomi una molecola quindi oltre ai livelli elettronici dove stanno i gradini in cui stando gli elettroni che sono qui c'è livello per esempio uno è il livello 2 elettronico ci sono anche altri livelli energetici descritti dalla meccanica quantistica dovute al fatto che le molecole hanno la possibilità di vibrare per esempio nella molecola d'acqua se scaldo l'acqua l'idrogeno e gli ossigeni possono muoversi tra loro ma anche di ruotare cosa che un atomo non ha questa possibilità di ruotare né di vibrare e quindi vediamo che ci sono livelli vibrazionali questi qui i neri in grassetto e dei livelli anche rotazionali bene il forno a microonde può eccitare i livelli rotazionali delle molecole e quindi le fa ruotare quindi quello che fa il microonde semplicemente a riscaldare l'acqua per cui non è perfetto per cuocere per gratinare eccetera però è ottimo e risparmia molta energia nelle scongelare gli alimenti e scaldare l'acqua eccetera eccetera gli infrarossi che sono un pelo più energetici che ci sono anche nei forni convenzionali se vogliamo perché oltre al ragionamento dei moti convettivi dell'aria all'interno di un forno ci sono vengono scaldati anche per irraggiamento da infrarossi gli infrarossi fanno saltare gli elettroni degli atomi sui livelli vibrazionali in questi qui in grassetto e quindi fanno vibrare le molecole la luce visibile i raggi ultravioletti che sono ancora più energetici di microonde infrarossi per esempio invece possono far saltare gli elettroni da un livello elettronico all'altro gli ultravioletti soprattutto per esempio possono modificare legami molecolari quindi se vogliamo la luce del sole può essere molto più pericolosa delle microonde che possono solamente far ruotare le molecole in accordo con la meccanica quantistica quindi come vedete l'elettromagnetismo che sembrava qualcosa del passato e in realtà è alla base di tutta la fisica quantistica microscopica perché alla fine i nostri atomi stanno insieme grazie alle forza elettromagnetica e quindi insomma il nostro anche microscopico è un mondo molto elettromagnetico se non andiamo a dentro il nucleo tutte le reazioni chimiche a se vogliamo sono reazioni elettromagnetica per completare questo discorso del fatto che la luce essere un onda che una particella borra introduce il principio di complementarietà cioè le due aspetti della luce sono complementari tra loro e sono parte della natura della luce e possono essere viste in maniera indipendente cioè o un esperimento dimostra la natura ondulatoria della luce o la natura particellare della luce i due aspetti non possono mai essere visti in maniera contemporanea e questa immagine ci fa capire in maniera ci da l'idea di che cosa vuol dire per esempio la realtà è un cilindro cilindro è la nostra realtà la luce è un cilindro quando vi faccio un esperimento ai limiti del mio apparato sperimentale e il mio esperimento in questo caso è o una pila che può proiettare l'ombra sullo schermo è quello che io misuro e l'ombra allora posso usare la pila e proiettare l'ombra su uno schermo su questo schermo è l'oggetto che voglia misurare mi appare come un rettangolo oppure posso prendere la pila e proiettare dall'alto verso il basso l'ombra e mi appare un cerchio quindi la luce quindi l'oggetto è un rettangolo un cerchio in realtà un cilindro questo per dire che quando noi facciamo un esperimento noi questo è una cosa di base la meccanica quantistica e non è argomento di oggi però per capire che noi andiamo a vedere solo certi aspetti della natura di quello che stiamo misurando in questo caso della luce che possono che possono essere anche molto diverse tra loro un esperimento c.da tour ondulatoria della luce un altro melo interferenza l'esperimento di young un altro la natura particellare della luce come l'esperimento l'effetto fotoelettrico perché in fisica quantistica quando io faccio un esperimento quando faccio una misura io modifico quello che sto misurando i due aspetti non possono mai essere visto in maniera contemporanea quindi la fisica classica che tratta particelle onde come entità distinte a livello atomico non può essere utilizzata perché c'è questo duplice aspetto corpuscolare ondulatorio e i due aspetti non sono mai osservati contemporaneamente da un esperimento quindi ho un esperimento ne misura l'aspetto ondulatorio all aspetto corpuscolare e questa è una cosa anche difficile da digerire e della difficile da digerire anche al tempo einstein 24 disse ci sono quindi nuove due teorie della luce entrambe indispensabile con nessuna connessione logica la luce come corpuscoli la luce come un'onda richar fa la mamma disse che un fenomeno che è impossibile assolutamente impossibile spiegare in modo classico però è il cuore stesso della meccanica quantistica ma è anche il suo mistero questo dualismo onda particella che richiede una nuova descrizione che è proprio la meccanica quantistica e come spiegare col fatto che la luce anche una particella l'esperimento della doppia fenditura e quindi la natura duale della luce se la sorgente di luce e molto poco intensa io vedo che il fotone passa o in una fenditura o nell'altra e sullo schermo non ho nessun fenomeno di interferenza se aumenta l'intensità sempre di più comincio a vedere in maniera definitiva il fenomeno di interferenza però se io provo a vedere in quale delle due fenditure passato il fotone sparisce completamente il fenomeno dell'interferenza sullo schermo come vi dicevo perché misurare vuol dire modificare il sistema non è un osservatore uno scienziato non è passivo quando fa una misura e questa cosa è proprio uno dei delle cose fondamentali nel cuore della meccanica quantistica e anche della natura della luce visto che la luce a una doppia natura allora ci si chiese aveva allora anche magari la materia ha una doppia natura e quindi deboli ipotizzò che questa è una doppia natura ondulatoria corpuscolare forse una proprietà universale della materia non solo della luce e assi ciò ad ogni particella il movimento un'onda un'onda con una lunghezza d'onda che noi chiamiamo landa che è molto piccola che è uguale alla costante di planck che noi sappiamo essere molto piccola diviso p che sta per il momento il momento è la massa per la velocità e quindi se il momento è molto grande poiché h molto piccola landa sarà molto molto piccola lunghezza d'onda sarà estremamente piccola di questa particella di materia se però al momento piccolo o perché la massa e piccola o perché le velocità sono piccoli ed entrambe la lunghezza d'onda potrebbe essere abbastanza grande di questa particella da poterne mostrare la natura ondulatoria infatti con elettroni non troppo veloci se ha dimostrato con una sorgente di elettroni il fenomeno dell'interferenza o diffrazione dell'elettrone la sorgente poco intensa di elettroni faccio a doppia fenditura sempre l'esperimento è doppia fenditura non vedo frange di interferenza all'aumentare del numero di elettroni però comincia a vedere frange di interferenza quindi anche gli elettroni che noi pensavamo essere solo particelle mostrano questo fenomeno di interferenza che tipico di un'onda quindi anche le elettroni hanno una natura ondulatoria ma perché allora nella nostra vita macroscopica di tutti i giorni noi non vediamo che la materia si comporta come un onda e quindi non vediamo fenomeni di diffrazione interferenza beh perché gli oggetti macroscopici anno lunghezze d'onda definite delle brogli troppo piccole per interagire con le fenditure le fenditure dipendono dal nostro strumento al massimo noi abbiamo dei microscopi atomici quindi come fenditure intendo qualcosa che al massimo alla grandezza di un atomo ma se la lunghezza d'onda degli oggetti macroscopici è molto più piccolo di un atomo per noi è impossibile vedere a questo aspetto non è che non esiste non riusciamo a misurarlo vi faccio qualche esempio elettroni lenti questa è la massa elettronico ma abbiamo visto molto piccola velocità abbastanza piccola metro al secondo bene a lunghezza d'onda è dell'ordine di 100 micron 700 micron questo è visibile ai nostri strumenti e infatti abbiamo visto che fenomeni di interferenza per gli elettroni li possa misurare aumentando la velocità dell'elettrone questi fenomeni scemano sempre di più perché qua vediamo che già con velocità c'è una sei metri al secondo a lunghezza d'onda dell'ordine maharaja tonico e quindi è sempre più difficile da vedere a velocità ancora più grandi quelle ultra oltre relativistiche tipiche degli acceleratori di particelle delle alte energie le diciamo che gli elettroni si comportano solo da particelle perché la loro lunghezza d'onda è troppo piccola e misurabile qui vediamo le particelle alfa che sono nuclei di elio quindi due protoni e neutroni e questa la loro massa molto piccola con velocità abbastanza grandi hanno una lunghezza d'onda tipica del nucleo atomico comincia a essere non tanto misurabile una massa però di un grammo che ha una massa molto grande per quanto la velocità possa essere piccola ha una lunghezza d'onda di dieci alla meno 29 m ha completamente e misurabile è molto molto più piccola delle dimensioni nucleari una fase la da baseball con una velocità di 25 metri al secondo ha una lunghezza d'onda di 10 almeno 34 m la terra la sua massa e la sua velocità di 10 almeno 63 quindi capite che gli oggetti macroscopici non mostreranno mai ai nostri esperimenti il loro aspetto ondulatorio per finire vi volevo solo dire con un paio di slide che cosa faccio io io studio il brand sta lunga in i materiali cristallini il bersaglio che cos'è brahms tra lunghi e dal tedesco vuol dire radiazione di franamento quando un elettrone con una certa velocità interagisce con il materiale per esempio con il nucleo atomico che è positivo di riflesso dal campo elettrico e perde energia perché avviene decelerato in questa deflessione sotto forma di fotone di onde elettromagnetiche io studio questi processi nei cristalli perché cristalli sono dei materiali in cui il reticolo di atomi sono posti in un reticolo in maniera ordinata e quindi l'elettrone quando interagisce col cristallo povera anche un moto oscillatorio generando quindi dei fotoni nelle onde elettromagnetiche molto precise molto energetiche ma soprattutto monocromatiche ovvero con una frequenza ben determinata e sta studiando nuovi schemi di ondulatori cristallini per generare raggi xe raggi gamma ad alta energia per applicazioni sia nella scienza fondamentale nella fisica degli acceleratori ma anche per le applicazioni tecnologiche mediche per esempio per realizzare fasci di raggi gamma molto intensi monocromatici che cosa vuol dire un unico colore un'unica frequenza delle dimensioni di un micron che può essere utilizzato per esempio nelle terapie tumorali in quanto può permettere di eseguire operazioni molto delicate nelle immediate vicinanza dei centri di tali se un po quello che faccio io è legato all'elettromagnetismo riassumendo quel poco che vi ho detto oggi sul sull'elettromagnetismo in piena rivoluzione industriale nell'ottocento gli studi sulle tre città e magnetismo hanno portato alla scoperta delle rivoluzionarie equazioni di maxwell e quindi alla scoperta delle onde elettromagnetiche che ha aperto un mondo di possibili applicazioni dalla radio alle telecomunicazioni moderne questo però portato anche una rottura forte con la fisica classica di galileo newton dandola spinta la nascita di due nuove teorie la relatività e la fisica quantistica e quindi ora la luce le onde elettromagnetiche noi le descriviamo in una teoria più completa che sia quantistica che e relativistica almeno per quanto riguarda la relatività speciale che ha l'elettrodinamica quantistica di cui non ho potuto parlargli oggi perché non è l'argomento di oggi ma per farvi capire quanto è importante l'elettromagnetismo proprio perché noi viviamo in un mondo che è elettromagnetico le relazioni chimiche quello che vediamo tutto ciò che noi facciamo è fortemente legato alle proprietà elettromagnetiche della materia grazie dell'attenzione grazie mille a te la ora per questa panoramica veramente molto completa sull'elettromagnetismo allora ci è arrivata una domanda ci chiedono se puoi ripetere la diffrazione degli elettroni ok allora praticamente qui l'esperimento di frazione degli elettroni si fa esattamente come l'esperimento di doppia fenditura però invece che avere una sorgente di luce io ho una sorgente di elettroni se quindi dovete immaginarvi che questo potrebbe essere l'elettrone invece che essere il fotone e quindi sia una sorgente poco intensa metto un elettrone alla volta l'elettrone o passa di qua o passa di là quindi sullo schermo non o frange di interferenza aumentando l'intensità della sorgente quindi il numero di elettroni e messi al secondo comincio a vedere anche se guardo lo schermo sembra che comincino a formarsi delle fronte di interferenza però siamo attenti se vi voglio vedere se questo elettrone che arrivato qui è passato di po di là queste frange spariscono perché se voglio capire se l'elettrone passato su una fenditura o nell'altra non riesco a vedere la natura ondulatoria quando poi la sorgente molto intensa qui vedo le onde ma nell'immagine qua si vede bene quello che vede sullo schermo colpito dagli elettroni a che si formano delle frange più intense meno intensa di presenza di elettroni sullo schermo e poi invece frange di minimo dove c'è stata interferenza distruttiva la diffrazione un altro nome dell'interferenza se vogliamo è sempre lo stesso fenomeno lavorazione qualche libro che consiglieresti per approfondire questi temi allora per l'elettrodinamica forse a livello divulgativo se si vuole capire qualcosa insomma del dell'elettrodinamica quantistica che la teoria strana della luce anche i libri di fa e man credo ce ne sia uno che sia proprio la cui e di lastra teoria della luce adesso non mi ricordo ma in tutti i suoi libri sta scherzando mister fireman il senso delle cose cita questa la teoria per provare a capire l'elettrodinamica quantistica cioè trattare la luce anche dal punto di vista quantistico per l'elettromagnetismo classico dal punto di vista di chi conosce bene la matematica jackson è il padre dei libri elettromagnetismo però è molto complesso secondo me insomma i libri divulgativi di fi ma non possono essere molto utili per capire un po questa strana teoria della luce e questo i suoi comportamenti particolari e lara sono arrivato adesso deve rimanere la chat è la prima è se poi ripetere lo spettro della luce i raggi ultravioletti eccetera quindi se poi riprendere non è assolutamente ok qui e questo o la forse l'altra più esplicativa secondo ma questo mi serviva per parlare insomma dioni tantino ionizzanti ecco il sole è come mi diceva mette tutte queste onde elettromagnetiche ok che abbiano tutta la velocità della luce quindi quello perché sono tutte luce se vogliamo noi chiamiamo luce solo quella che vediamo visibile che è il nostro arco baliano dal rosso al blu i colori si distinguono tra loro dalla diversa lunghezza d'onda e quindi frequenza per cui le onde con lunghezza d'onda maggiore hanno frequenza che è l'inverso praticamente è la velocità della luce diviso la lunghezza d'onda diversa frequenza minore è scusate maggiore alla lunghezza d'onda minore l'energia trasportata dall'onda quindi le onde radio che hanno una lunghezza molto lunga anche il 10 e la 3 metri sono molto meno energetiche delle raggi gamma che hanno delle lunghezze d'onda dell'ordine delle distanze nucleari una cosa molto importante a parte l'energia che trasportano e capire che cosa fanno le onde radio che sono lunghe anche dei chilometri un'onda che ha una lunghezza d'onda lunga dei chilometri come avete visto i fenomeni di interferenza sono legate al fatto che le onde si sommino si è pressione una fenditura può modificare il viaggio della mia della mia honda ok però se mi trovo un ostacolo l'onda vede quest'ostacolo se solo se è fare i fenomeni di interferenza che si chiamano realtà di infrazione se solo se l'ostacolo è grande abbastanza per essere visto da quell'onda grande abbastanza che cosa vuol dire che l'ostacolo che l'onda attraversa deve essere grande e più o meno dell'ordine della lunghezza dell'onda quindi un onda radio che attraversa per esempio un un atomo non lo vede perché l'onda radio è troppo grande per vedere un atomo mentre un razzo hicks vede l'atomo e lo può modificare perché la sua lunghezza d'onda e proprio dell'ordine della grandezza dell'atomo quindi se io voglio per esempio che ne so modificare dei processi di protozoi eccetera si utilizzano o vedere i protozoi eccetera si utilizzano delle sorgenti visibili perché hanno delle lunghezze d'onda grande come protozoi se io voglio modificare certi processi nel dna in alcune molecole si usa l'ultravioletto perché la lunghezza d'onda è proprio quella di queste molte regole molto grandi e così via se invece voglio far fare delle reazioni nucleari devo usare dei raggi gamma perché hanno la grandezza tipica delle dimensioni nucleare e così via quindi sapendo è molto importante conoscere tutte queste aspetti tutte questi colori dello spettro elettromagnetico perché ognuno di loro può fare diversi processi ma gli è vietato farne altre quindi come vi dicevo le microonde per esempio io possa avere un forno a microonde super intenso che va da non so quanti vatta ma non potrò mai modificare il dna del cibo che sto scaldando perché le microonde e l'abbiamo visto nell'esempio che vi faceva bene facciamo proprio per quello questo si è scoperto con l'effetto fotoelettrico se vogliamo le microonde possono fare fare questi piccoli saltini chi sono i livelli rotazionali alla molecola d'acqua ma non possono fargli fare il salto elettronico perché la micro onda per quanto io abbia tante micro onde che vuol dire avere tanti fotoni di microonde non hanno l'energia sufficiente l'abbiamo visto con l'effetto fotoelettrico a fare il salto nel livello elettronico più alto e quindi a fare davvero delle reazioni chimiche ionizzare per esempio le molecola d'acqua e le molecole dei cibi spero di aver risposto sullo spettro non so non vedo io le domande e lara un'altra domanda collegata è il legame che c'è tra le telecomunicazioni come è stato applicato per creare l'antenna a per creare l'antenna beh una volta si sa come funziona l'antenna quindi tutto ok una volta che si è capito dalle equazioni di maxwell che è una carica accelera genera un'onda elettromagnetica la cosa più semplice per creare un'onda che abbia una certa frequenza quindi un segnale con una certa frequenza ben precisa ok la cosa più furba e avere far oscillare con un certo modo armonico gli elettroni per farli oscillare basta avere un praticamente un generatore una pila per esempio che ne so qui c'è il polo più equa al polo meno con una corrente alternata inverto in maniera periodica i poli più e meno almeno diventa più il più diventa meno quindi di elettroni all'interno continuano oscillare avanti indietro con un modo armonico e questo genera un campo elettrico magnetico oscillatori che si distaccano completamente dalla sorgente e vengono recepiti a loro volta da un antenna che in questo modo in questo caso riceve il segnale in cui qui vediamo non c'è il generatore che tripoli è proprio l'onda elettromagnetica quando arriva quando il campo è in questa direzione questo pole più quando il campo elettrico nell'altra direzione il polo più vado a questa parte e quindi è proprio il campo elettrico oscillante che fa oscillare i due poli e quindi fa oscillare gli elettroni all'interno di questo conduttore e qui avrò tutto un sistema per trasformare questo segnale elettrico in segnale sonoro quello che mi pare però e quindi c'è un antenna che trasmette in cui io ho un generatore che fa oscillare gli elettroni invertendo i poli più e meno e questo genera l'onda è quello che la riceve la riceve ed è proprio l'onda che porta un campo elettrico che fa oscillare gli elettroni e genera un segnale elettrico che viene poi trasformato da trasduttori eccetera eccetera laura ci chiedono la costante di planck da dove ricavata e se paris e ripetere lo spettro del corpo nero ok aspetto il compresero che una cosa complicata per tutti perché è una cosa che non esiste è una cosa ideale comunque come diceva la costante che blanc ha introdotto e prende proprio il suo nome è quella che gli è servita come mero artificio matematico quindi l'ha trovata proprio cioè lui sapeva che sperimentalmente per che osserviamo per esempio il sole lo spettro solare è fatto così questa è l'intensità che arriva a terra no e vediamo che il sole che ha una temperatura esterna di 5000 6000 gradi a un picco nel visibile nel giallo verde e poi cala verso gli ultravioletti raggi xe raggi gamma e cala anche in maniera più blanda verso radiazione a lunghezza d'onda più grande o meno energetiche che sono infrarossi micro microonde onde radio onde lunghe e via dicendo praticamente lui è partito da delle equazioni in cui la radiazione assorbita fosse in qualche modo continuo e ha trasformato visto che non so se avete già fatto gli integrali degli integrali insomma invece che scambiare radiazione continua nell'interno delle corpo nero poi vediamo meglio cosa al corpo nero lo scambio è discreto quindi questa costante gli è venuta fuori proprio per far tornare lo spettro sperimentale ok e lui come vi dicevo pensava fosse un tour artificio matematico che cos'è questo corpo nero il corpo nero come vi dicevo non esiste è stato introdotto da chircoff per creare una sorgente ideale però ci sono i corpi che sono in buona approssimazione un corpo nero un corpo nero il sole per esempio il sole l'interno del sole trattiene la radiazione elettromagnetica i raggi gamma prodotti dalle reazioni nucleari vengono trattenuti all'interno del sole e continuamente all'interno del sole ci sono scambi di fotoni durante queste reazioni nucleari assorbite ed è messi continuamente e assorbe tutta la radiazione elettromagnetica che incide sul sole quindi tutti i fotoni che incidono sul sole vengono assorbiti l'esterno del sole a una temperatura di 5 6mila gradi e il sole la luce che noi vediamo del sole dipende solo dalla temperatura di questo corpo esterno noi stessi abbiamo una temperatura ed e mettiamo infrarossi che sono legati alla nostra temperatura però non siamo un buon corpo nero perché hanno un assorbiamo tutta la luce incidente per esempio la nostra pelle rosa quindi riflettiamo alla luce di quel colore e poi e quindi non siamo bolcom pò nero la stella allora e soprattutto come dicevo il corpo nero un corpo ideale per poter realizzare questa sorgente ideale fare questi conti matematici ma in realtà non esiste quando io noi studiavamo negli esempi nei libri c'era una scatola immaginatevi una scatola fatta di un metallo in cui c'è una fessura cui si fa passare la luce che entra e la luce che esce da questa fessura sempre dipende solo dalla temperatura esterna del metallo secondo me è molto più facile capirlo col sole la temperatura interna del sole milioni di gradi perché servono milioni di gradi e pressioni altissime per fondere l'idrogeno è meglio che è quello che succede all'interno del sole e le fusione nucleare in queste fusione nucleare vengono emesse tantissimi fotoni raggi gamma che vengono continuamente assorbiti ed emessi riassorbite dai messi in queste reazioni ma e raggi gamma non escono non escono dal sole dal sole e c'è solo questo spettro che come avete visto è peccato sulla luce visibile ma vedete radio gamma non escono dal sole rimangono al suo interno e questa luce dipende solo da come fatto dalla temperatura esterna del sole poi c'era anche l'atmosfera solare che assorbe parte di questo spettro ma diciamo che noi non abbiamo modo di vedere noi quando solo le vediamo giallo stiamo vedendo il colore dovuta la temperatura esterna del sole noi non vediamo l'interno del sole le informazioni che noi abbiamo dall'interno del sole che è un buon corpo nero le abbiamo perché in queste reazioni nucleari sono generate anche delle particelle chiamate neutrini che non vengono trattenute dal sole quindi arrivano fino a noi e noi riusciamo a capire cosa succede all'interno del sole grazie a queste altre particelle ma la luce non scappa dal centro del sole sarà vero di aver risposto sì grazie all'ultima domanda e teoria quantistica e relativistica quindi trovano un loro punto d'incontro dell'elettrodinamica relativistica assolutamente sì ma solo quella che io ho chiamato relatività ristretta qui la relatività che introduce einstein nel 1905 che noi chiamiamo ristretta o speciale riguarda le leggi del queste proprio principio di relatività come vi dicevo le velocità non si sommano più come succede per galileo non si sottraggono perché la velocità della luce è la stessa per tutti gli osservatori inerziali in questa teoria non esistono forze quindi non c'è la forza elettromagnetica non c'è la forza di gravità ok questa teoria insieme alla teoria dei quanti sono state unificate per descrivere l'elettrodinamica quindi una teoria più grande e più completa di quella di maxwell ma non è che noi buttiamo via quella di maxwell quella di max l'applichiamo quando i limiti classici funzionano ma per descrivere per esempio il comportamento dei fotoni negli atomi oppure comportamento dei fasci di particelle che noi studiamo alterna negli acceleratori di particelle ci serve una teoria più completa che sia relativistica dal punto di vista relatività ristretta e quindi chiede conto di velocità prossima a quella della luce e sia quantistica tiene conto del fatto che l'energia è scambiata in pacchetti discreti la relatività più generale che einstein e sviluppato più avanti che include la gravità in realtà purtroppo non è ancora unificata alla teoria quantistica quindi la teoria l'elettrodinamica quantistica è una teoria relativistica dal punto di vista di relatività speciale e quantistica quindi in questo caso se mafai man e quelli che con lui hanno vinto il premio nobel partendo da dirac anno kato relatività speciale e fisica quantistica per quello che riguarda l'elettromagnetismo ok perfetto grazie mille laura e grazie a gli spettatori che si sono collegati questa mattina e vi ricordo che il video rimarrà sul canale youtube e le slide saranno disponibili sul nostro portale di learning accendi scienza e il prossimo appuntamento è il 25 febbraio con il professor giovanni battibili che ci parlerà della relatività ristretta grazie a tutti buona giornata forse voi arrivederci