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Quesiti di Fisica

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Quesiti di Fisica

  1. Introduci il corpo nero;
  2. Esponi l'ipotesi quantistica di Planck;
  3. Definisci il vettore campo elettrico;
  4. Spiega qual è il metodo che per definizione permette di disegnare le linee di campo elettrico;
  5. Esponi l'ipotesi quantistica di Einstein e il modo in cui supera Planck;
  6. Definisci l'intensità di corrente elettrica e la sua unità di misura nel S. I.; quando si parla di corrente continua?
  7. Bosoni e Fermioni;
  8. Il funzionamento del laser;
  9. Spiega come si riconosce sperimentalmente un conduttore ohmico e spiega la prima legge di Ohm; 
  10. Definizione operativa del vettore campo magnetico B;
  11. Qual è la forza esercitata da un campo magnetico su un filo rettilineo percorso da corrente?
  12. Legame covalente e differenza con legame ionico;
  13. I semiconduttori drogati;
  14. Diodo a semiconduttore;
  15. Cosa distingue le sostanze paramagnetiche da quelle diamagnetiche?
  16. Resistenze in serie e in parallelo;
  17. Elettrizzazione per contatto e per induzione;
  18. Corpi conduttori e isolanti;
  19. Corpi neutri e corpi carichi;




·         In fisica un corpo nero è un corpo ideale che ha la proprietà di assorbire completamente la radiazione elettromagnetica incidente sulla sua superficie. Nonostante il nome, il corpo nero irradia comunque, ma deve il nome solo all'assenza di riflessione. Lo spettro di un corpo nero è caratteristico, e dipende unicamente dalla sua temperatura che differenzia le molteplici lunghezze d'onda. Il termine "corpo nero" venne introdotto da  Kirchoff, inoltre le radiazioni emesse presentano un andamento particolare che non trova spiegazione nelle leggi della fisica classica..La corretta interpretazione dello spettro del corpo nero, venne successivamente esposta dal fisico Planck.

·         Secondo Planck è possibile solo ammettendo un'ipotesi non prevista dalla fisica classica, spigare il comportamento dell'andamento delle radiazioni in un corpo nero, e cioè, che l'energia non possa essere emessa e assorbita in mo 525g62f do continuo, ma solo sotto forma di quantità discrete dette quanti: tale ipotesi, oltre a porre dei chiarimenti su questa incertezza, mise in luce l'inadeguatezza della fisica classica, e pose le basi per lo sviluppo della moderna meccanica quantistica. La teoria spiegando inoltre le proprietà dinamiche delle particelle subatomiche e le interazioni tra radiazione e materia presupponeva l'utilizzo di una energia (E) che fosse per ogni quanto direttamente proporzionale alla frequenza (f) dell'onda elettromagnetica  assorbita o emessa (E=hf; dove h è un coefficiente che  ora è detto costante di Planck).

·         Il vettore campo elettrico in un determinato punto P è definito come il rapporto tra la forza elettrica che subisce la carica di prova (+q) posta in quel punto, e la carica stessa, il vettore E viene espresso dalla relazione: E = F/+ q; dove q indica il valore di una carica (detta carica di prova) talmente piccola da non modificare sostanzialmente il valore del campo elettrico prodotto dalla carica posta in P, e F indica la forza agente su q determinabile in base alla legge di Coulomb. Inoltre nel S. I. l'unità di misura del vettore campo elettrico si calcola in N/C (unità di forza / unità di carica).

·         Le linee di campo o di forza nel campo elettrico consentono di individuare la direzione e il verso del vettore campo elettrico. Infatti, la tangente ad una linea di campo in ogni suo punto indica la direzione di E in quel determinato punto. Il verso di E è quello in cui si percorre la linea di campo. Poiché per ogni punto del campo elettrico è possibile segnare UNA e UNA SOLA  linea di campo, esse permettono di individuare dove la densità di linee di forza è maggiore, e dove a sua volta sarà più alta l'intensità del campo elettrico e viceversa. Per ogni punto, infatti le linee non si incrociano mai, quindi non sono mai chiuse poiché esse hanno origine (cioè i vettori campo elettrico "escono") dalle cariche positive e terminano su quelle negative (ovvero i vettori del campo vi "convergono").

·         Quando, la meccanica quantistica aveva già assunto la sua forma definitiva, grazie al contributo di numerosi scienziati, ecco che una nuova teoria arriva a supporto dell'ipotesi di Planck attraverso il contributo di Albert Einstein che riuscì a spiegare in maniera tanto semplice quanto brillante tutte le principali caratteristiche fisiche dell'effetto fotoelettrico.
Einstein suppose non solo (come aveva fatto Planck) che gli scambi di energia tra la radiazione e la materia avvengono in modo quantistico, ma che la radiazione stessa sia composta da quanti ( successivamente chiamati fotoni) di energia proporzionale alla frequenza, secondo la relazione: E= hf; dove h è la costante di Planck.

·         L'intensità di corrente i è definibile come la quantità di carica elettrica che attraversa una sezione di un conduttore in un'unità di tempo (i =êQ /êt). L'intensità di corrente è una grandezza scalare,  inoltre l'unità di misura è l'ampere (A) e si misura con l'amperometro, uno strumento che, nella versione classica, sfrutta l'effetto magnetico delle correnti. Nel 1820 Ampère osservò sperimentalmente che due circuiti percorsi da corrente elettrica esercitano tra loro: forze attrattive quando le due correnti hanno lo stesso verso; forze repulsive quando le correnti hanno verso opposto. Nel caso di due fili conduttori paralleli, percorsi dalle correnti I1 e I2, l'intensità della forza per unità di lunghezza di conduttore è: proporzionale al prodotto delle intensità delle correnti; inversamente proporzionale alla distanza tra i fili. Se un conduttore è attraversato da una corrente costante nel tempo, la quantità di carica che scorre attraverso la sezione traversa di tale conduttore  si definisce corrente continua (o stazionaria) una corrente che fluisce in un' unica direzione del conduttore, con intensità I costante.

·         Prima di tutto occorre dire che lo spin è il momento angolare intrinseco di una particella, in particolare, I bosoni sono le particelle il cui spin ha misura intera ( 0, 1, 2...); sono detti così in quanto seguono la statistica di Bose-Einstein, secondo il queìale è posibile trovare un numero arbitrariamente grande di bosoni con le stesse proprietà quantistiche.  Sono bosoni ad esempio i fotoni o le particelle composte da un numero pari di fermioni, come ad esempio i mesoni. Mentre un fermione è qualunque particella il cui momento angolare intrinseco (spin) ha un valore multiplo dispari di 1/2 (1/2, 3/2,...); chiamati così in quanto seguono la statistica di Fermi - Dirac, che si basa sull'indistinguibilità delle particelle.Come conseguenza del loro momento angolare, tutti i fermioni obbediscono al principio di esclusione di Pauli, secondo il quale, queste particelle non possono coesistere nello stesso luogo. Tra i fermioni troviamo particelle materiali fondamentali (quark e leptoni), come anche la maggior parte delle particelle composte (come protoni e neutroni).



·         Il Laser è un dispositivo che amplifica la luce producendo fasci luminosi monocromatici, coerenti e direzionali, con frequenze dall'infrarosso all'ultravioletto . Il termine è un acronimo dell'inglese Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (amplificazione della luce mediante emissione stimolata di radiazione). Il funzionamento del laser si basa sull'emissione stimolata di radiazione da parte degli atomi di una sostanza opportuna, detta materiale attivo. Gli atomi vengono dapprima "eccitati", ovvero portati a un livello energetico superiore mediante una sorgente energetica esterna.I fotoni che costituiscono la radiazione emessa hanno tutti le stesse caratteristiche inoltre l'amplificazione della luce è ottenuta mediante successive riflessioni dei fotoni in una cavità risonante Durante il percorso i fotoni colpiscono altri atomi eccitati, che a loro volta emettono nuovi fotoni, caratterizzati dalla medesima frequenza e fase dei fotoni già presenti. Parte di questa radiazione viene poi fatta filtrare all'esterno attraverso lo specchio semiargentato.

·          La prima legge di Ohm dice che in un conduttore metallico l'intensità di corrente (a temperatura T costante) è direttamente proporzionale alla tensione applicata ai suoi capi e inversamente proporzionale alla resistenza del conduttore (i=êV/R). I materiali che seguono la prima legge di Ohm sono detti ohmici; inoltre la resistenza elettrica di un conduttore indica la difficoltà che la corrente incontra  nel fluire all'interno di esso e nel S.I. si misura in ohm ().

·         La definizione operativa del campo  magnetico B in un punto si ottiene considerando una carica positiva q che si muove con velocità v e, variandone la direzione, si misura la massima forza F di origine magnetica agente sulla carica. Il campo magnetico B è un vettore che ha direzione perpendicolare alla velocità ed alla forza, verso coerente con la regola della mano destra ed intensità data dal  rapporto F/q v B ^. L'unità di misura è il tesla (T). 1 T=1 N/Am. In entrambi i casi il segno positivo di q è indispensabile per evitare ambiguità nel verso del vettore.

·         L'intensità della forza che agisce su un filo percorso  da corrente posto  in un campo magnetico B è data dalla formula: F = B^ il ; dove l è la lunghezza del filo e i  è l'intensità della corrente che vi fluisce e B^ è l'intensità della componente B perpendicolare al filo stesso. Conoscendo inoltre l'ampiezza a dell'angolo tra la direzione del filo e quella di B, la stessa forza può essere scritta nella forma: F = Bil sena. quindi in questo caso otteniamo che B^ = B secondo questa formula, ma se B è parallelo al filo, si ha B^ = 0 quindi qui la forza magnetica che agisce sul filo sarà nulla.

·         Il legame ionico si stabilisce fra almeno due atomi di elementi diversi mediante trasferimento di elettroni, nel senso che un atomo cede uno o più elettroni di valenza ad un altro atomo (maggiormente elettrofilo) che li acquista. Per il completo spostamento degli elettroni interessati dal legame si ha formazione di ioni carichi rispettivamente di elettricità positiva (cationi) o negativa (anioni). Invece il passaggio da legame ionico a quello covalente non avviene in modo netto ma progressivamente, in quasi tutte le molecole che presentano legame covalente esiste sempre una certa percentuale di legame ionico. Il legame covalente puro si ha nei casi in cui si vengono a legare atomi con la stessa affinità elettronica (stesso valore d'elettronegatività). In tutti gli altri casi si ha formazione di legami polarizzati, e quindi di molecole parzialmente polarizzate.



·         La struttura di un semiconduttore può essere alterata dall'aggiunta di impurità caratterizzate da atomi che causano una variazione delle proprietà elettriche dei semiconduttori; essi vengono chiamati semiconduttori drogati. Esistono due tipi di drogaggio che danno vita ai semiconduttori di tipo n e ai semiconduttori di tipo p.  Nei Semiconduttori di tipo n se si sostituisce ad un atomo di silicio un atomo pentavalente, ad esempio un atomo di fosforo, si aggiungono atomi di un elemento (donatore)  diverso con valenza maggiore in questo modo, avanza un elettrone,  che sarà in grado di muoversi e quindi di trasportare energia. Nei Semiconduttori di tipo p invece se si sostituisce nel reticolo cristallino un atomo di silicio con un atomo trivalente ad esempio un atomo di boro si aggiungono atomi di un elemento (accettore) diverso con valenza minore, si forma così  una lacuna in uno degli atomi vicini. Per effetto dell'agitazione termica uno degli elettroni di valenza degli atomi vicini di silicio può facilmente occupare la lacuna, con la conseguente formazione di una lacuna nella banda di valenza del cristallo di silicio.

·          Il diodo è costituito da 2 strati semiconduttori, uno di tipo- n e l'altro di tipo - p, posti a contatto. La superficie che li separa si chiama giunzione. Sottoponendo il diodo ad una differenza di potenziale dovuta ad un generatore, si possono avere i due casi di polarizzazione inversa e di polarizzazione diretta. Nel caso di giunzione polarizzata inversamente la differenza di potenziale generata dalla batteria va a sommarsi alla differenza di potenziale di contatto, aumentando così l'altezza che i portatori di carica devono superare. Inoltre lo spessore della zona di contatto aumenta. Nella polarizzazione diretta invece la differenza di potenziale della pila si sottrae alla differenza di potenziale di contatto e la zona di giunzione si restringe. La giunzione p-n agisce fondamentalmente come raddrizzatore. Se cioè colleghiamo l'elemento ai poli di una batteria, la corrente nel circuito si avrà solo per uno dei due sensi di collegamento della batteria. Un diodo raddrizzatore ideale presenta perciò solo due modi di operare: come interruttore chiuso o come interruttore aperto.

·         Le sostanze diamagneiche sono così chiamate perché presentano solo diamagnetismo. Il diamagnetismo è indipendente dallo stato fisico del mezzo, tali sostanze si magnetizzano solo in presenza di un campo magnetico esterno assumendo una polarità opposta a quella del campo esterno. Sono sostanze diamagnetiche i gas nobili, l'azoto, l'idrogeno, la grafite, l'oro, la salgemma e l'acqua.Le sostanze paramagnetiche invece sono così chiamate poichè a causa della presenza di livelli elettronici non chiusi, tendono a costituire molecole magneticamente dipolari . Per tali sostanze la magnetizzazione provocata da un campo magnetico esterno è in linea e concorde con questo e le sostanze paramagnetiche vengono attirate da un campo esterno non omogeneo verso le zone con maggiore intensità di campo. Il paramagnetismo inoltre diminuisce con l'aumentare della temperatura. Sono sostanze paramagnetiche l'alluminio, il magnesio, il manganese, il cromo, il sodio, il potassio, l'ossigeno e l'aria.

·         Due o più resistori sono collegati in parallelo quando i rispettivi morsetti sono collegati l'uno con l'altro in modo che la tensione applicata alle loro estremità sia la stessa. Il collegamento in parallelo è il più utilizzato, infatti in una comune abitazione tutte le apparecchiature elettriche sono collegate in parallelo.
Se colleghiamo  invece più resistenze in modo che al terminale di uscita di ognuna sia collegato il solo terminale di ingresso di un'altra, otteniamo un collegamento in serie. Una ovvia conseguenza di questo tipo di collegamento è che tutte le resistenze sono attraversate dalla stessa corrente. L'effetto globale è uguale a quello di un'unica resistenza, chiamata resistenza equivalente, avente come valore la somma delle singole resistenze.

·         Qualsiasi fenomeno di elettrizzazione va interpretato come un'alterazione dell'equilibrio tra cariche elettriche positive e negative esistenti in ogni corpo non elettrizzato. L'elettrizzazione è il risultato dello spostamento di un certo numero di elettroni, detti elettroni di conduzione, da un corpo a un altro. L'elettrizzazione per contatto si ottiene mettendo a contatto un corpo elettricamente neutro con uno caricato in precedenza. Una parte delle cariche che si trovano sul corpo elettrizzato si spostano su quello che era neutro. Mentre l'elettrizzazione per induzione si ottiene ponendo un corpo carico in prossimità di un conduttore scarico costruito in modo da potersi suddividere in due parti. Poi, senza allontanare il corpo carico, si allontanano tra loro le due parti del conduttore indotto. Per il fenomeno dell'induzione elettrostatica le cariche libere di muoversi che si trovano nel corpo neutro si spostano: quelle dello stesso segno della carica inducente si allontanano, mentre quelle di segno diverso si avvicinano. In questo modo le due parti del conduttore indotto si elettrizzano con quantità di carica uguale e di segno opposto.



·         I materiali sono catalogati a seconda della maggiore o minore capacità di far passare facilmente elettroni al loro interno. La catalogazione può distinguersi in: Conduttori e Isolanti; Il diverso comportamento dei conduttori e degli isolanti ha origine dalla loro diversa struttura microscopica. I conduttori permettono alle cariche elettriche di fluire attraverso essi. Infatti nei materiali conduttori gli elettroni lontani dal nucleo si staccano più facilmente rispetto a quelli vicini al nucleo. Sono materiali in cui le cariche elettriche e l'energia termica si possono trasmettere molto facilmente. Tra questi troviamo quasi tutti i metalli, come l'argento, il rame, il ferro, l'oro ed il piombo, che sono buoni conduttori, o liquidi come  acici o basi. Gli isolanti  invece non lasciano sfuggire le cariche elettriche, perché gli elettroni sono molto legati ai nuclei e difficilmente se ne allontanano. Il legame che li caratterizza è un legame covalente. Sono materiali che si lasciano attraversare da pochissime cariche elettriche, come anche da pochissima energia termica. Tra questi troviamo le plastiche, il vetro, l'aria e il legno etc..

·         I corpi sono fatti di atomi. Un atomo è essenzialmente composto da tre componenti diversi: elettroni, protoni, e neutroni. I protoni e i neutroni sono nella parte più interna, nel nucleo, ma solo i protoni hanno una carica elettrica positiva. Gli elettroni, più esterni, hanno carica elettrica negativa. Un elettrone può essere strappato facilmente da un atomo. Normalmente, un atomo è elettricamente neutro, questo significa che esso ha un ugual numero di protoni e di elettroni. La carica positiva dei protoni è bilanciata dalla carica negativa degli elettroni. Non ha quindi carica elettrica risultante. Quando gli atomi guadagnano o perdono elettroni, noi li indichiamo con il nome: "ioni."Uno ione positivo, catione, è un atomo o una molecola che ha perduto uno o più elettroni. Uno ione negativo, anione, ha invece guadagnato uno o più elettroni aggiuntivi. Si dice invece che  un corpo ha una carica, quando contiene un eccesso di cariche di un segno. La carica è la causa di una forza elettrica. Ci sono due tipi di cariche elettriche, la positiva e la negativa. Lo stesso tipo di carica (+ con +, o - con -) si respingono, mentre cariche opposte (+ con -) si attirano reciprocamente.

   



 







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