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

104 CAPITOLO 6. STRUTTURA DELLA MATERIA
un’energia minima per estrarre elettroni da esso, detta funzione di lavoro W .
Un fotone con frequenza ν ed energia hν, tirerà fuori un elettrone con energia
E = hν − W , da cui la dipendenza lineare dalla frequenza. In particolare,
per frequenze minori di ν0 = W/h il fotone non riesce a liberare l’elettrone
dal metallo e l’effetto fotoelettrico non avviene. L’effetto fotoelettrico ha
applicazioni importantissime nella tecnologia: una cellula fotoelettrica è un
elemento di circuito attraverso la quale si ha passaggio di corrente solo quando
essa viene colpita da luce, ed essa viene usata nei cancelli, nei sensori di
luce, eccetera...
6.1.4 Natura duale della radiazione
Nell’effetto fotoelettrico Einstein ipotizzò che la radiazione elettromagnetica
fosse composta da particelle, i fotoni, dandone piena spiegazione. Ad esse
associò anche una quantità di moto p = E/c = hν/c = h/λ. D’altronde,
altre esperienze, come quella di Young, non sono comprensibili se non in base
alla natura ondulatoria della radiazione. La domanda a questo punto è
spontanea: la radiazione ha natura corpuscolare od ondulatoria ? La risposta
è: entrambe. Dipende dal particolare tipo di esperienza, che ne metterà
in risalto una di esse, ma a scapito dell’altra, come sancito dal principio di
complementarietà: in nessuna esperienza è possibile mettere in risalto contemporaneamente
la natura corpuscolare ed ondulatoria della radiazione.
Ad ogni modo, nell’interazione tra radiazione e materia, gli aseptti corpuscolari
diventano via via predominanti all’aumentare dell’energia, e quindi della
frequenza. Quindi, mentre per le radioonde l’aspetto ondulatorio è dominante,
per la luce si comincia ad avere una compresenza di entrambi, mentre per
i raggi gamma l’aspetto corpuscolare è nettamente evidente.
6.1.5 Struttura dell’atomo
Un altro fronte su cui la fisica classica era in difficoltà è quello degli spettri
atomici. Secondo la teoria classica, un atomo colpito dalla radiazione elettromagnetica
avrebbe dovuto assorbirla e riemetterla alla stessa frequenza
(diffusione di Rayleigh). Invece gli esperimenti dimostravano chiaramente
che gli atomi emettevano ed assorbivano su un insieme ristretto di frequenze
ben definite e tipiche di ciascun elemento, i cosiddetti spettri atomici. Ad
esempio, nel caso dell’atomo di idrogeno, si determinò una legge empirica che
riproduceva molto bene le frequenze sperimentali
ν = RH
h
1 1
−
n2 m2