Dispense del corso di Elementi di Fisica della Materia - Skuola.net

Capitolo 6
Struttura della materia
6.1 Elementi di meccanica quantistica
Sono emersi alcuni fenomeni, durante il corso, non inquadrabili classicamente:
assorbimento in conduttori ad alte frequenze, spettri a righe degli atomi,
proprietà magnetiche dei materiali, il ferromagnetismo. Per inquadrarli si
ricorre alla meccanica quantistica. In essa vige il dualismo onda-particella:
sia materia che radiazione possono presentare aspetti corpuscolari od ondulatori,
ma in modo complementare e mai contemporaneamente. L’esperienza
decisiva che segnò il passaggio tra fisica classica e quantisitca è legata alla
radiazione di corpo nero.
6.1.1 Il corpo nero e crisi della teoria classica
L’evidenza sperimentale dimostra che ogni corpo a una temperatura T emette
una gamma di radiazioni elettromagnetiche, e la frequenza della radiazione
emessa con massima intensità dipende in modo lineare dalla temperatura
(legge dello spostamento di Wien). Questo vale non solo in termini di radiazione
emessa, ma anche di radiazione emessa, per le quali si è stabilita la
completa equivalenza, in termini di bilanci di conservazione dell’energia. In
tale contesto, si definisce come corpo nero un oggetto in grado di assorbire
completamente ogni radiazione che incida su di esso (questa definizione, in
termini della luce, spiega il nome di corpo nero). Il corpo nero è un concetto
astratto, ma può essere molto ben approssimato da una cavità nera con
un minuscolo forellino: ogni radiazione incidente nel forellino penetra nella
cavità con probabilità quasi zero di uscirne nuovamente. Inoltre, essendo il
foro piccolo, si può formulare l’ipotesi che l’equilibrio termico all’interno della
cavità non sia alterato. In tali condizioni la teoria classica dell’elettromagnetismo
conduce alla densità di energia della radiazione per unità di tempo e
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