Tesina di fisica

Materie:Tesina
Categoria:Fisica

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Testo

TESINA DI FISICA
CHE COSA E’ UN MODELLO SCIENTIFICO?
L’analisi dello studio dell’edificio atomico durante il nostro secolo porta in primo piano l’importanza dell’uso di uno strumento fondamentale del pensiero scientifico:il MODELLO.
IL seguente brano tratta da” IL MONDO FISICO DEI GRECI” di S.Sambursky,ci informa
Che i primi a far uso di modelli scientifici per descrivere o spiegare i fenomeni naturali furono i Greci nel VI secolo a.C. Oltre a fornirci alcuni esempi di più antichi modelli scientifici usati dai Greci ci aiuta anche a capire che cosa sia un modello scientifico ed a quale funzione assolva.
IL modello scientifico fornisce un illustrazione concreta di come funzionano le cose in un determinato ambito di fenomeni. La sua realizzazione si basa sul principio di analogia: ossia, sulla spiegazione di un fenomeno nei termini del funzionamento di un altro che già conosciamo o a cui siamo avvezzi.
Fu nella cosmologia di Anassimandro che si fece uso per la prima volta di un modello scientifico come mezzo di descrizione o come metodo di spiegare i fenomeni. Questo segna l’inizio di uno sviluppo che culminerà nel moderno mappamondo e nel planetario. Anassimandro fu il primo a
“concepire l’idea di disegnare su tavolette la terra abitata . Dopo di lui furono apportati dei miglioramenti da Ecateo, il grande navigatore di Mileto finché si ottennero risultati meravigliosi”.
Secondo un'altra fonte” egli fu il primo a disegnare il cerchio della terra e dell’ acqua ed anche a costruire un globo dei cieli”.
Abbiamo qui il modello scientifico nel suo senso puramente descrittivo: la riduzione in scala delle dimensioni cosmiche ad una grandezza in cui il tutto e le sue parti possano essere comodamente studiate. Fu anche Anassimandro ad usare il modello meccanico come mezzo per dimostrare un fenomeno fisico. Ancor oggi, malgrado l’assoluta precisione terminologica e l’astrazione matematica che regolano le scienze naturali, la scienza non potrebbe fare ameno di un modello scientifico per dare forma concreta ai propri concetti e ai propri metodi. Di quando in quando, allorché desideriamo avere un illustrazione concreta di come funzionano le cose, dobbiamo mettere da parte le astrazioni matematiche e il rigore assoluto a far ricorso ad un modello meccanico. Ci forniamo un idea delle azioni delle forze elastiche con l’aiuto di una molla, o ci raffiguriamo la struttura di una molecola riunendo insieme più palline nello spazio secondo un disegno.
A seconda delle circostanze siamo pronti a considerare il modello come un approssimazione della realtà, come un esatta riproduzione di essa, semplicemente come un espediente che riesce a darci una concezione elementare del meccanismo del fenomeno. In tutti questi casi il modello meccanico realizza un principio di realizzazione scientifica, e precisamente il principio di analogia. In un’analogia un certo fenomeno viene spiegato in termine del funzionamento di un altro che noi conosciamo o a cui eravamo avvezzi. Finché l’argomento o il campo di ricerche ce lo permette noi andiamo avanti con queste analogie.
Il fatto che” Assimandro si sia servito di un modello meccanico per illustrare il movimento dei corpi celesti, costituisce un enorme rispetto alle allegorie ed alle fantasie mitologiche fino ad allora in uso”. “Anassimandro diceva che il sole è un cerchio ventotto volte più grande della terra. E’ simile alla ruota di un carro il cui bordo è pieno di fuoco che lampeggia attraverso un foro…
Si ha una eclissi di sole quando si chiude l’apertura attraverso cui appare il fuoco “.
Questi due modelli costituiscono due esempi perfetti di analogia tecnica.

ANTICHITA’
I Cinesi, i Babilonesi e gli Egizi osservavano il movimento dei pianeti ed erano in grado di prevedere l’eclissi; tuttavia nessun popolo seppe collocare i fenomeni osservati entro un quadro teorico sistematico. Le speculazioni dei filosofi greci introdussero due diverse linee di pensiero circa i costituenti fondamentali dell ’ universo: l’atomismo, promosso da Leucippo nel V secolo a.C. , e la teoria degli elementi.
Alessandria, culla della cultura occidentale durante l’Età ellenistica, impresse un notevole impulso allo sviluppo della scienza. Ad Alessandria si svolse l’attività di Archimede, che studiò le condizioni di equilibrio dei corpi immersi, pose le basi dell’idrostatica e costruì le prime leve.
Altri importanti scienziati greci di questo periodo furono Aristarco di Samo, che misurò le distanze relative del sole e della luna dalla terra; Erastotene, che determinò del raggio terrestre e compilò un catalogo delle stelle conosciute.
Nel II secolo d.C. Tolomeo elaborò un sistema di interpretazione dell’universo secondo il quale la terra è ferma al centro dell’universo mentre tutti gli altri pianeti e le stelle ruotano intorno ad essa con moto circolare.

L’ATOMO E LA FILOSOFIA GRECA
Lucrezio riferisce, nel suo” DE RERUM NATURA “, l’essenziale delle teorie dei filosofi greci
Leucippo, Democrito ed Epicuro: questi filosofi, detti atomisti ribadiscono che il nascere non è che un “aggregarsi di cose che sono”, e il morire un disgregarsi delle medesime.
Si tratta di un infinito numero di corpi invisibili, ingenerabili, indistruttibili definiti A-TOMI (dal greco non divisibili) percettibili solo con l’intelligenza e non con i sensi. Atomi vuoto e movimento sono la spiegazione di tutto. La teoria atomica viene respinta da Platone, che riprende l’idea di Empedocle dei 4 elementi (fuoco, aria, acqua, terra) costitutivi della materia con l’aiuto delle forze dell’AMORE e dell’ODIO. Questa teoria viene anche adottata da Aristotele che aggiunge un quinto elemento l’ETERE e introduce il concetto di trasmutazione.
MEDIOEVO
Nel corso del Medioevo numerosi trattati greci furono conservati, tradotti e commentati da alcuni studiosi arabi, quali Averroè e AL-Farabi.
Segue quindi un lungo periodo, che si estende fino al XVI secolo, e durante il quale, in applicazione alla teoria di Aristotele più o meno rimaneggiata, continua la vana ricerca della
“pietra filosofale”; è il periodo della ALCHIMIA
L’ATOMO DAL 1600 AL 1850
Nel 1789 Lavoisierfornisce interpretazioni dei fenomeni di combustione e introduce in chimica l’impiego sistematico della bilancia aprendo una nuova era della chimica su cui si impegnarono numerosi chimici tra cui ricordiamo Proust. Questi ipotizzò che gli atomi dei diversi elementi fossero formati partendo dal solo atomo di idrogeno,in quanto aveva rilevato che i pesi atomici dei diversi elementi erano molto spesso dei multipli interi di quello di idrogeno. Nel 1738 Bernoulli utilizzò concetti atomistici per elaborare la prima teoria cinetica dei gas, spiegando in termini probabilistici il loro comportamento in condizione di pressione e temperatura variabili; questo studio , tuttavia , non ebbe molto seguito all’epoca.
Ma toccava a Dalton fornire un’interpretazione generale delle proporzioni definite nelle quali sono costituiti i composti, esponendo nel 1803 la sua teoria atomica. Partendo dall’osservazione che gli elementi si combinano per formare i diversi composti secondo rapporti in peso ben definiti egli sviluppò il concetto moderno di atomo come particella di dimensioni e peso caratteristici per ciascun elemento. In un secondo tempo che le reazioni chimiche che avvengono tra elementi danno luogo alla formazione di molecole, cioè di aggregati di più atomi.
L’ATOMO DAL 1850 AL 1900
La classificazione periodica degli elementi proposta nel 1869 dal russo Mendeleev suggerì che tutta la materia dell’universo poteva ben essere costituita utilizzando solo un centinaio di atomi differenti.Mendeleev ordinò gli elementi secondo la loro massa atomica crescente, andando a capo ogni volta che certe caratteristiche tornavano a presentarsi, in modo da disporre così in una stessa colonna, l’uno sotto l’altro , gli elementi con comportamenti simili.
IL CROLLO DELLA FISICA CLASSICA
Era dal 1880 che la fisica poteva dirsi assestata :la maggior parte dei fenomeni trovava spiegazione nella meccanica newtoniana,nella teoria elettromagnetica di Maxwell,nella termodinamica o nella meccanica statistica di Boltzmann. Sembrava che pochi problemi, quali la determinazione delle proprietà dell’etere e la spiegazione degli spettri di radiazione emessi dai corpi solidi , rimanessero irrisolti. La comprensione di questi fenomeni e una serie di scoperte
( i raggi X da parte di Rontgen,nel 1895; l’elettrone per merito di J. J. Thomson, nel 1895; la radioattività di Becquerel, nel 1896; l’effetto fotoelettrico tra il 1887 e il 1899; e la scoperta dei raggi catodici) determinarono il crollo della fisica classica.
LA FISICA MODERNA
Nel primo trentennio del XX secolo vennero sviluppate la teoria quantistica e la teoria della relatività che segnarono la nascita della fisica moderna.
TERMOELETTRICITA’
Insieme dei fenomeni elettrici che si manifestano per effetto del calore in una giunzione tra materiali conduttori e semiconduttori di natura diversa. Uno dei fenomeni termoelettrici più importanti fu osservato per la prima volta nel 1821 dal fisico tedesco Thomas Seebeck e si verifica quando due tipi di metalli differenti vengono saldati: se un estremo della giuntura è mantenuto a temperatura maggiore dell’altro, si sviluppa una differenza di potenziale che genera una corrente elettrica attraverso la giunzione stessa.
Per una data coppia di materiale ed entro un certo intervallo di temperatura, la differenza di potenziale prodotta è direttamente proporzionale alla differenza di temperatura tra gli estremi della giunzione. Questa proprietà può essere sfruttata per effettuare precise misurazioni di temperatura.
RADIOATTIVITA’

Disintegrazione spontanea di nuclei atomici con emissione di particelle subatomiche e di onde elettromagnetiche. Il fenomeno fu scoperto nel 1896 dal fisico francese Antoine-Henri Becquerel, il quale osservò che l’uranio emetteva delle radiazioni.
Le ricerche iniziate da Becquerel vennero riprese dagli scienzati francesi Marie e Pierre Curie i quali nel 1898 scoprirono che la proprietà di emettere radiazioni penetranti era comune all’uranio e a molti dei suoi composti e diedero al fenomeno il nome di radioattività.Poiché non esistevano elementi noti sufficientemente radioattivi da giustificare le radiazioni osservate, essi dedussero che i minerali analizzati fossero composti da sostanze ignote interamente instabili. Dopo una serie di esperimenti chimici sulla pechblenda scoprirono due nuovi elementi radioattivi: il POLONIO e il RADIO.
Si comprese subito che la radioattività era la sorgente di energia più concentrata fino ad allora conosciuta e quindi attirò l’attenzione degli scienzati di tutto il mondo.
TIPI DI RADIAZIONE
Ernest Rutherford scoprì che vi sono almeno due componenti nelle emissioni radioattive: le PARTICELLE ALFA, che penetrano solo per alcuni millesimi di centimetro nell’alluminio, e le PARTICELLE BETA, caratterizzate da un potere 100 volte maggiore. Esperimenti successivi, in cui la radiazione venne sottoposta a campi elettrici e magnetici, rivelarono la presenza di una terza componente ad alta energia, i RAGGI GAMMA. In un campo elettrico le particelle beta vengono completamente deflesse verso il polo positivo, quelle alfa sono deflesse in misura minore verso il polo negativo, mentre la traiettoria dei raggi gamma non risente dell’effetto del campo. Ne deriva che le particelle beta sono dotate di carica negativa, le particelle alfa trasportano cariche positive (e hanno massa maggiore delle particelle beta) e i raggi gamma sono elettricamente neutri.
La scoperta che il radio decade producendo radon fu la prova conclusiva che il decadimento radioattivo è accompagnato da una trasformazione chimica dell’elemento instabile.
Gli esperimenti sulla deflessione dei raggi alfa in un campo elettrico permisero di stimare il rapporto tra carica e massa delle particelle alfa che risultò circa la metà dello ione idrogeno.
Da ciò si dedusse che queste particelle sono composte da atomi ionizzati (privati di due elettroni).
La validità di questa ipotesi fu valorizzata da Rutherford. Egli fece cadere la sorgente alfa vicino a un vaso di vetro sottile in cui era stato praticato il vuoto; le particelle alfa potevano attraversare il vetro e quindi rimanevano intrappolate nel vaso, nel quale dopo pochi giorni si rivelava la presenza di elio. In seguito si dimostrò che le particelle beta sono elettroni e che i raggi gamma sono radiazione elettromagnetiche ad alta energia.
IL PRIMO MODELLO ATOMICO
Nel 1897 il francese H. Thomson scoprì l’elettrone che insieme al protone e al neutrone è tra i costituenti fondamentali della materia, Thomson inoltre espose il 1° modello atomico in cui considerava l’atomo come una piccola sfera di raggio r dell’ordine di 10-10 m all’interno della quale le cariche positive erano distribute uniformememente “come l’uva poasserina in un panettone “ , si parla infatti di MODELLO a PANETTONE.
Le cariche negative risultavano attirate verso il centro dell’atomo dalle distribuzione di cariche positive mentre gli elettroni esercitavano tra loro una carica repulsiva. L’equilibrio tra questi due sistemi di forze di origine coulombiana conferiva all’atomo quella stabilità che lo caratterizza.

L’EFFETTO FOTOELETTRICO

Quando una radiazione di lunghezza d’onda opportuna colpisce una superfice metallica, quest’ultima emette elettroni. Il fenomeno è denominato effetto fotoelettrico e presenta alcuni aspetti:1) l’energia di ogni elettrone emesso dipende dalla frequenza e non dall’intensità della radiazione incidente;2) la probabilità di emissione dei fotoelettroni dipende solo dall’intensità di illuminazione e non dalla frequenza;3) non si osserva ritardo tra l’illuminazione della superfice metallica e l’emissione di fotoelettroni.
In base a queste osservazioni Einstein ipotizzò nel 1905 che la luce potesse essere assorbita solo sotto forma di quanti, o fotoni, ed estese la teoria quantistica proposta da Plank al fenomeno dell’assorbimento della radiazione elettromagnetica. Con questo presupposto, la descrizione dell’effetto fotoelettrico diveniva allora assai semplice: ogni fotone ogni fotone incidente cede ad un elettrone del metallo una quantità di energia E=hf, sufficiente per vincere le forze di attrazione e fuoriuscire dalla superfice libera del solido.

L’ATOMO DAL 1900 FINO AI NOSTRI GIORNI
Sfruttando le radiazioni alfa di recente scoperta, nel 1913 Ernest Rutherford confutò il modello atomico di Thomson, secondo cui l’atomo era costituito da distribuzione di cariche positive e negative. Osservando che le particelle alfa emesse da nuclei radioattivi subivano una netta deviazione al loro passaggio attraverso uno strato sottilissimo di materia, Rutherford concluse che nell’atomo la carica positiva dovesse essere separata da quella negativa. Rutherford propose un modello atomico di tipo “planetario”, con la carica positiva dell’atomo quasi interamente concentrata in un nucleo interamente massivo, intorno al quale orbitano gli elettroni. Anche questo modello era tuttavia destinato a cadere: secondo la teoria di Maxwell, infatti, una carica che si muove di moto accellerato irraggia energia sotto forma di onde elettromagnetiche. L’atomo del modello di Rutherford risultava quindi un sistema instabile, poiché gli elettroni, a causa del loro moto orbitale, avrebbero dovuto irraggiare onde elettromagnetiche, perdendo progressivamente energia fino a collassare sul nucleo.
I risultati dell’analisi sperimentale dello spettro del corpo nero (corpo che assorbe onde elettromagnetiche), che non erano in accordo con i principi della fisica classica, furono giustificati sul piano teorico dal fisico tedesco MAX PLANK.
Secondo la fisica classica, le molecole di un solido oscillano intorno le condizioni di equilibrio compiendo vibrazioni che si verificano a tutte le frequenze e con ampiezza direttamente proporzionale alla temperatura del corpo; l’energia termica del corpo verrebbe quindi convertita continuamente in radiazioni elettromagnetiche. Plank reinterpretò il fenomeno postulando che l’irraggiamento da parte di un corpo, o di un solidi incandescente, avvenisse per emissione di quantità discrete di energia, dette quanti, o FOTONI.
Ogni fotone ha la lunghezza d’onda caratteristica e un energia E= hf, dove f è la frequenza dell’onda. La relazione che sussiste tra la lunghezza d’onda O e la frequenza
f=c, dove c è la velocità della luce. La costante h nota come costante di Plank, ha un valore molto piccolo (6,626 x 10-34 joule-sec.).
Niels Bohr postulò che gli elettroni all’interno dell’atomo percorressero orbite fisse e stabili (detti stati stazionari) ciascuna corrispondente ad un determinato valore dell’energia. Queste orbite sono individuate in base al momento angolare j dell’elettrone che è uguale: j=nh/2/ (n= numero quantico che assume valori interi positivi ).
Il modello atomico di Bohr fu confermato sperimentalmente da James Franck ed da Gustav Hertz, che eseguirono esperimenti sugli effetti prodotti dal bombardamento degli atomi con gli elettroni.
Il modello di Bohr fornì la spiegazione dell’emissione della radiazione elettromagnetica da parte dell’atomo: l’elettrone quando viene sollecitato da una perturbazione intensa compie una transizione dall’orbita di energia minima (stato fondamentale) ad un orbita più esterna ed energetica e ritornando nello stato fondamentale emette un singolo fotone di energia E=hf (E= diff. di energia tra i livelli).
MECCANICA ONDULATORIA
Nel 1924 Louis Victor de Broglie estese alla materia il concetto del dualismo onda-corpuscolo e suggerì che le particelle materiali potessero assumere un comportamento di tipo ondulatorio in determinate soluzioni.
La concezione ondulatoria della materia portò il fisico Erwin Schrodinger a formulare un nuovo modello atomico in cui sostituisce l’idea di orbite precise con la descrizione di regioni dello spazio (orbitali) basata sulla probabilità di trovare elettroni.
PRINCIPIO DI INDETERMINAZIONE
Principio fondamentale della meccanica quantistica( formulato nel 1927 da Heisenberg) che afferma che non tutte le grandezze fisiche osservabili di un sistema possono essere determinate simultaneamente e con precisione(ad esempio la posizione di un elettrone) come conseguenza di questa incertezza in meccanica quantistica il calcolo dei valori più probabili sostituisce le determinazioni esatte(determinismo) della meccanica classica.
PRINCIPIO DI ESCLUSIONE
Principio fondamentale secondo cui due particelle elementari avente spin semi-intero come gli elettroni, non possono occupare simultaneamente lo stesso stato quantico o lo stesso livello energetico di un atomo( esso fu enunciato nel 1925 dal fisico e matematico Wolfgang Pauli).
È possibile stabilire il massimo numero di particelle appartenenti a ogni livello energetico e dare una giustificazione della legge della periodicità sulla base del grado di riempimento di ciascuna shell(stato energetico principale) elettronica.
Il principio è applicabile anche agli elettroni liberi che attraversano la materia sotto forma di corrente elettrica.


TESINA DI FISICA
CHE COSA E’ UN MODELLO SCIENTIFICO?
L’analisi dello studio dell’edificio atomico durante il nostro secolo porta in primo piano l’importanza dell’uso di uno strumento fondamentale del pensiero scientifico:il MODELLO.
IL seguente brano tratta da” IL MONDO FISICO DEI GRECI” di S.Sambursky,ci informa
Che i primi a far uso di modelli scientifici per descrivere o spiegare i fenomeni naturali furono i Greci nel VI secolo a.C. Oltre a fornirci alcuni esempi di più antichi modelli scientifici usati dai Greci ci aiuta anche a capire che cosa sia un modello scientifico ed a quale funzione assolva.
IL modello scientifico fornisce un illustrazione concreta di come funzionano le cose in un determinato ambito di fenomeni. La sua realizzazione si basa sul principio di analogia: ossia, sulla spiegazione di un fenomeno nei termini del funzionamento di un altro che già conosciamo o a cui siamo avvezzi.
Fu nella cosmologia di Anassimandro che si fece uso per la prima volta di un modello scientifico come mezzo di descrizione o come metodo di spiegare i fenomeni. Questo segna l’inizio di uno sviluppo che culminerà nel moderno mappamondo e nel planetario. Anassimandro fu il primo a
“concepire l’idea di disegnare su tavolette la terra abitata . Dopo di lui furono apportati dei miglioramenti da Ecateo, il grande navigatore di Mileto finché si ottennero risultati meravigliosi”.
Secondo un'altra fonte” egli fu il primo a disegnare il cerchio della terra e dell’ acqua ed anche a costruire un globo dei cieli”.
Abbiamo qui il modello scientifico nel suo senso puramente descrittivo: la riduzione in scala delle dimensioni cosmiche ad una grandezza in cui il tutto e le sue parti possano essere comodamente studiate. Fu anche Anassimandro ad usare il modello meccanico come mezzo per dimostrare un fenomeno fisico. Ancor oggi, malgrado l’assoluta precisione terminologica e l’astrazione matematica che regolano le scienze naturali, la scienza non potrebbe fare ameno di un modello scientifico per dare forma concreta ai propri concetti e ai propri metodi. Di quando in quando, allorché desideriamo avere un illustrazione concreta di come funzionano le cose, dobbiamo mettere da parte le astrazioni matematiche e il rigore assoluto a far ricorso ad un modello meccanico. Ci forniamo un idea delle azioni delle forze elastiche con l’aiuto di una molla, o ci raffiguriamo la struttura di una molecola riunendo insieme più palline nello spazio secondo un disegno.
A seconda delle circostanze siamo pronti a considerare il modello come un approssimazione della realtà, come un esatta riproduzione di essa, semplicemente come un espediente che riesce a darci una concezione elementare del meccanismo del fenomeno. In tutti questi casi il modello meccanico realizza un principio di realizzazione scientifica, e precisamente il principio di analogia. In un’analogia un certo fenomeno viene spiegato in termine del funzionamento di un altro che noi conosciamo o a cui eravamo avvezzi. Finché l’argomento o il campo di ricerche ce lo permette noi andiamo avanti con queste analogie.
Il fatto che” Assimandro si sia servito di un modello meccanico per illustrare il movimento dei corpi celesti, costituisce un enorme rispetto alle allegorie ed alle fantasie mitologiche fino ad allora in uso”. “Anassimandro diceva che il sole è un cerchio ventotto volte più grande della terra. E’ simile alla ruota di un carro il cui bordo è pieno di fuoco che lampeggia attraverso un foro…
Si ha una eclissi di sole quando si chiude l’apertura attraverso cui appare il fuoco “.
Questi due modelli costituiscono due esempi perfetti di analogia tecnica.

ANTICHITA’
I Cinesi, i Babilonesi e gli Egizi osservavano il movimento dei pianeti ed erano in grado di prevedere l’eclissi; tuttavia nessun popolo seppe collocare i fenomeni osservati entro un quadro teorico sistematico. Le speculazioni dei filosofi greci introdussero due diverse linee di pensiero circa i costituenti fondamentali dell ’ universo: l’atomismo, promosso da Leucippo nel V secolo a.C. , e la teoria degli elementi.
Alessandria, culla della cultura occidentale durante l’Età ellenistica, impresse un notevole impulso allo sviluppo della scienza. Ad Alessandria si svolse l’attività di Archimede, che studiò le condizioni di equilibrio dei corpi immersi, pose le basi dell’idrostatica e costruì le prime leve.
Altri importanti scienziati greci di questo periodo furono Aristarco di Samo, che misurò le distanze relative del sole e della luna dalla terra; Erastotene, che determinò del raggio terrestre e compilò un catalogo delle stelle conosciute.
Nel II secolo d.C. Tolomeo elaborò un sistema di interpretazione dell’universo secondo il quale la terra è ferma al centro dell’universo mentre tutti gli altri pianeti e le stelle ruotano intorno ad essa con moto circolare.

L’ATOMO E LA FILOSOFIA GRECA
Lucrezio riferisce, nel suo” DE RERUM NATURA “, l’essenziale delle teorie dei filosofi greci
Leucippo, Democrito ed Epicuro: questi filosofi, detti atomisti ribadiscono che il nascere non è che un “aggregarsi di cose che sono”, e il morire un disgregarsi delle medesime.
Si tratta di un infinito numero di corpi invisibili, ingenerabili, indistruttibili definiti A-TOMI (dal greco non divisibili) percettibili solo con l’intelligenza e non con i sensi. Atomi vuoto e movimento sono la spiegazione di tutto. La teoria atomica viene respinta da Platone, che riprende l’idea di Empedocle dei 4 elementi (fuoco, aria, acqua, terra) costitutivi della materia con l’aiuto delle forze dell’AMORE e dell’ODIO. Questa teoria viene anche adottata da Aristotele che aggiunge un quinto elemento l’ETERE e introduce il concetto di trasmutazione.
MEDIOEVO
Nel corso del Medioevo numerosi trattati greci furono conservati, tradotti e commentati da alcuni studiosi arabi, quali Averroè e AL-Farabi.
Segue quindi un lungo periodo, che si estende fino al XVI secolo, e durante il quale, in applicazione alla teoria di Aristotele più o meno rimaneggiata, continua la vana ricerca della
“pietra filosofale”; è il periodo della ALCHIMIA
L’ATOMO DAL 1600 AL 1850
Nel 1789 Lavoisierfornisce interpretazioni dei fenomeni di combustione e introduce in chimica l’impiego sistematico della bilancia aprendo una nuova era della chimica su cui si impegnarono numerosi chimici tra cui ricordiamo Proust. Questi ipotizzò che gli atomi dei diversi elementi fossero formati partendo dal solo atomo di idrogeno,in quanto aveva rilevato che i pesi atomici dei diversi elementi erano molto spesso dei multipli interi di quello di idrogeno. Nel 1738 Bernoulli utilizzò concetti atomistici per elaborare la prima teoria cinetica dei gas, spiegando in termini probabilistici il loro comportamento in condizione di pressione e temperatura variabili; questo studio , tuttavia , non ebbe molto seguito all’epoca.
Ma toccava a Dalton fornire un’interpretazione generale delle proporzioni definite nelle quali sono costituiti i composti, esponendo nel 1803 la sua teoria atomica. Partendo dall’osservazione che gli elementi si combinano per formare i diversi composti secondo rapporti in peso ben definiti egli sviluppò il concetto moderno di atomo come particella di dimensioni e peso caratteristici per ciascun elemento. In un secondo tempo che le reazioni chimiche che avvengono tra elementi danno luogo alla formazione di molecole, cioè di aggregati di più atomi.
L’ATOMO DAL 1850 AL 1900
La classificazione periodica degli elementi proposta nel 1869 dal russo Mendeleev suggerì che tutta la materia dell’universo poteva ben essere costituita utilizzando solo un centinaio di atomi differenti.Mendeleev ordinò gli elementi secondo la loro massa atomica crescente, andando a capo ogni volta che certe caratteristiche tornavano a presentarsi, in modo da disporre così in una stessa colonna, l’uno sotto l’altro , gli elementi con comportamenti simili.
IL CROLLO DELLA FISICA CLASSICA
Era dal 1880 che la fisica poteva dirsi assestata :la maggior parte dei fenomeni trovava spiegazione nella meccanica newtoniana,nella teoria elettromagnetica di Maxwell,nella termodinamica o nella meccanica statistica di Boltzmann. Sembrava che pochi problemi, quali la determinazione delle proprietà dell’etere e la spiegazione degli spettri di radiazione emessi dai corpi solidi , rimanessero irrisolti. La comprensione di questi fenomeni e una serie di scoperte
( i raggi X da parte di Rontgen,nel 1895; l’elettrone per merito di J. J. Thomson, nel 1895; la radioattività di Becquerel, nel 1896; l’effetto fotoelettrico tra il 1887 e il 1899; e la scoperta dei raggi catodici) determinarono il crollo della fisica classica.
LA FISICA MODERNA
Nel primo trentennio del XX secolo vennero sviluppate la teoria quantistica e la teoria della relatività che segnarono la nascita della fisica moderna.
TERMOELETTRICITA’
Insieme dei fenomeni elettrici che si manifestano per effetto del calore in una giunzione tra materiali conduttori e semiconduttori di natura diversa. Uno dei fenomeni termoelettrici più importanti fu osservato per la prima volta nel 1821 dal fisico tedesco Thomas Seebeck e si verifica quando due tipi di metalli differenti vengono saldati: se un estremo della giuntura è mantenuto a temperatura maggiore dell’altro, si sviluppa una differenza di potenziale che genera una corrente elettrica attraverso la giunzione stessa.
Per una data coppia di materiale ed entro un certo intervallo di temperatura, la differenza di potenziale prodotta è direttamente proporzionale alla differenza di temperatura tra gli estremi della giunzione. Questa proprietà può essere sfruttata per effettuare precise misurazioni di temperatura.
RADIOATTIVITA’

Disintegrazione spontanea di nuclei atomici con emissione di particelle subatomiche e di onde elettromagnetiche. Il fenomeno fu scoperto nel 1896 dal fisico francese Antoine-Henri Becquerel, il quale osservò che l’uranio emetteva delle radiazioni.
Le ricerche iniziate da Becquerel vennero riprese dagli scienzati francesi Marie e Pierre Curie i quali nel 1898 scoprirono che la proprietà di emettere radiazioni penetranti era comune all’uranio e a molti dei suoi composti e diedero al fenomeno il nome di radioattività.Poiché non esistevano elementi noti sufficientemente radioattivi da giustificare le radiazioni osservate, essi dedussero che i minerali analizzati fossero composti da sostanze ignote interamente instabili. Dopo una serie di esperimenti chimici sulla pechblenda scoprirono due nuovi elementi radioattivi: il POLONIO e il RADIO.
Si comprese subito che la radioattività era la sorgente di energia più concentrata fino ad allora conosciuta e quindi attirò l’attenzione degli scienzati di tutto il mondo.
TIPI DI RADIAZIONE
Ernest Rutherford scoprì che vi sono almeno due componenti nelle emissioni radioattive: le PARTICELLE ALFA, che penetrano solo per alcuni millesimi di centimetro nell’alluminio, e le PARTICELLE BETA, caratterizzate da un potere 100 volte maggiore. Esperimenti successivi, in cui la radiazione venne sottoposta a campi elettrici e magnetici, rivelarono la presenza di una terza componente ad alta energia, i RAGGI GAMMA. In un campo elettrico le particelle beta vengono completamente deflesse verso il polo positivo, quelle alfa sono deflesse in misura minore verso il polo negativo, mentre la traiettoria dei raggi gamma non risente dell’effetto del campo. Ne deriva che le particelle beta sono dotate di carica negativa, le particelle alfa trasportano cariche positive (e hanno massa maggiore delle particelle beta) e i raggi gamma sono elettricamente neutri.
La scoperta che il radio decade producendo radon fu la prova conclusiva che il decadimento radioattivo è accompagnato da una trasformazione chimica dell’elemento instabile.
Gli esperimenti sulla deflessione dei raggi alfa in un campo elettrico permisero di stimare il rapporto tra carica e massa delle particelle alfa che risultò circa la metà dello ione idrogeno.
Da ciò si dedusse che queste particelle sono composte da atomi ionizzati (privati di due elettroni).
La validità di questa ipotesi fu valorizzata da Rutherford. Egli fece cadere la sorgente alfa vicino a un vaso di vetro sottile in cui era stato praticato il vuoto; le particelle alfa potevano attraversare il vetro e quindi rimanevano intrappolate nel vaso, nel quale dopo pochi giorni si rivelava la presenza di elio. In seguito si dimostrò che le particelle beta sono elettroni e che i raggi gamma sono radiazione elettromagnetiche ad alta energia.
IL PRIMO MODELLO ATOMICO
Nel 1897 il francese H. Thomson scoprì l’elettrone che insieme al protone e al neutrone è tra i costituenti fondamentali della materia, Thomson inoltre espose il 1° modello atomico in cui considerava l’atomo come una piccola sfera di raggio r dell’ordine di 10-10 m all’interno della quale le cariche positive erano distribute uniformememente “come l’uva poasserina in un panettone “ , si parla infatti di MODELLO a PANETTONE.
Le cariche negative risultavano attirate verso il centro dell’atomo dalle distribuzione di cariche positive mentre gli elettroni esercitavano tra loro una carica repulsiva. L’equilibrio tra questi due sistemi di forze di origine coulombiana conferiva all’atomo quella stabilità che lo caratterizza.

L’EFFETTO FOTOELETTRICO

Quando una radiazione di lunghezza d’onda opportuna colpisce una superfice metallica, quest’ultima emette elettroni. Il fenomeno è denominato effetto fotoelettrico e presenta alcuni aspetti:1) l’energia di ogni elettrone emesso dipende dalla frequenza e non dall’intensità della radiazione incidente;2) la probabilità di emissione dei fotoelettroni dipende solo dall’intensità di illuminazione e non dalla frequenza;3) non si osserva ritardo tra l’illuminazione della superfice metallica e l’emissione di fotoelettroni.
In base a queste osservazioni Einstein ipotizzò nel 1905 che la luce potesse essere assorbita solo sotto forma di quanti, o fotoni, ed estese la teoria quantistica proposta da Plank al fenomeno dell’assorbimento della radiazione elettromagnetica. Con questo presupposto, la descrizione dell’effetto fotoelettrico diveniva allora assai semplice: ogni fotone ogni fotone incidente cede ad un elettrone del metallo una quantità di energia E=hf, sufficiente per vincere le forze di attrazione e fuoriuscire dalla superfice libera del solido.

L’ATOMO DAL 1900 FINO AI NOSTRI GIORNI
Sfruttando le radiazioni alfa di recente scoperta, nel 1913 Ernest Rutherford confutò il modello atomico di Thomson, secondo cui l’atomo era costituito da distribuzione di cariche positive e negative. Osservando che le particelle alfa emesse da nuclei radioattivi subivano una netta deviazione al loro passaggio attraverso uno strato sottilissimo di materia, Rutherford concluse che nell’atomo la carica positiva dovesse essere separata da quella negativa. Rutherford propose un modello atomico di tipo “planetario”, con la carica positiva dell’atomo quasi interamente concentrata in un nucleo interamente massivo, intorno al quale orbitano gli elettroni. Anche questo modello era tuttavia destinato a cadere: secondo la teoria di Maxwell, infatti, una carica che si muove di moto accellerato irraggia energia sotto forma di onde elettromagnetiche. L’atomo del modello di Rutherford risultava quindi un sistema instabile, poiché gli elettroni, a causa del loro moto orbitale, avrebbero dovuto irraggiare onde elettromagnetiche, perdendo progressivamente energia fino a collassare sul nucleo.
I risultati dell’analisi sperimentale dello spettro del corpo nero (corpo che assorbe onde elettromagnetiche), che non erano in accordo con i principi della fisica classica, furono giustificati sul piano teorico dal fisico tedesco MAX PLANK.
Secondo la fisica classica, le molecole di un solido oscillano intorno le condizioni di equilibrio compiendo vibrazioni che si verificano a tutte le frequenze e con ampiezza direttamente proporzionale alla temperatura del corpo; l’energia termica del corpo verrebbe quindi convertita continuamente in radiazioni elettromagnetiche. Plank reinterpretò il fenomeno postulando che l’irraggiamento da parte di un corpo, o di un solidi incandescente, avvenisse per emissione di quantità discrete di energia, dette quanti, o FOTONI.
Ogni fotone ha la lunghezza d’onda caratteristica e un energia E= hf, dove f è la frequenza dell’onda. La relazione che sussiste tra la lunghezza d’onda O e la frequenza
f=c, dove c è la velocità della luce. La costante h nota come costante di Plank, ha un valore molto piccolo (6,626 x 10-34 joule-sec.).
Niels Bohr postulò che gli elettroni all’interno dell’atomo percorressero orbite fisse e stabili (detti stati stazionari) ciascuna corrispondente ad un determinato valore dell’energia. Queste orbite sono individuate in base al momento angolare j dell’elettrone che è uguale: j=nh/2/ (n= numero quantico che assume valori interi positivi ).
Il modello atomico di Bohr fu confermato sperimentalmente da James Franck ed da Gustav Hertz, che eseguirono esperimenti sugli effetti prodotti dal bombardamento degli atomi con gli elettroni.
Il modello di Bohr fornì la spiegazione dell’emissione della radiazione elettromagnetica da parte dell’atomo: l’elettrone quando viene sollecitato da una perturbazione intensa compie una transizione dall’orbita di energia minima (stato fondamentale) ad un orbita più esterna ed energetica e ritornando nello stato fondamentale emette un singolo fotone di energia E=hf (E= diff. di energia tra i livelli).
MECCANICA ONDULATORIA
Nel 1924 Louis Victor de Broglie estese alla materia il concetto del dualismo onda-corpuscolo e suggerì che le particelle materiali potessero assumere un comportamento di tipo ondulatorio in determinate soluzioni.
La concezione ondulatoria della materia portò il fisico Erwin Schrodinger a formulare un nuovo modello atomico in cui sostituisce l’idea di orbite precise con la descrizione di regioni dello spazio (orbitali) basata sulla probabilità di trovare elettroni.
PRINCIPIO DI INDETERMINAZIONE
Principio fondamentale della meccanica quantistica( formulato nel 1927 da Heisenberg) che afferma che non tutte le grandezze fisiche osservabili di un sistema possono essere determinate simultaneamente e con precisione(ad esempio la posizione di un elettrone) come conseguenza di questa incertezza in meccanica quantistica il calcolo dei valori più probabili sostituisce le determinazioni esatte(determinismo) della meccanica classica.
PRINCIPIO DI ESCLUSIONE
Principio fondamentale secondo cui due particelle elementari avente spin semi-intero come gli elettroni, non possono occupare simultaneamente lo stesso stato quantico o lo stesso livello energetico di un atomo( esso fu enunciato nel 1925 dal fisico e matematico Wolfgang Pauli).
È possibile stabilire il massimo numero di particelle appartenenti a ogni livello energetico e dare una giustificazione della legge della periodicità sulla base del grado di riempimento di ciascuna shell(stato energetico principale) elettronica.
Il principio è applicabile anche agli elettroni liberi che attraversano la materia sotto forma di corrente elettrica.

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