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PARLARE DI FISICA di Monica Filippi
Il problema del corpo nero
Ogni corpo, in virtù della sua temperatura, legata all'agitazione delle molecole, emette una radiazione elettromagnetica e ne assorbe dall'ambiente un'altra, in modo tale da mantenere l'equilibrio ed evitare che, l'emissione continua di energia abbassi la temperatura fino allo zero assoluto.
Sperimentalmente, l'energia emessa da un corpo dipende, oltre che dalla temperatura, anche dalla forma e dal materiale.
Dalle leggi della fisica classica... la catastrofe dell'ultravioletto
La legge di Stefan Boltzman calcola la potenza emessa da un "corpo nero", ovvero un modello ideale di corpo, capace di assorbire il 100% della radiazione da cui è investito ed di emettere energia solo in funzione della temperatura. Secondo questa legge, l'energia emessa in un secondo e da una superficie unitaria, è direttamente proporzionale alla quarta potenza della temperatura. Inoltre, fissata una certa temperatura, l'intensità massima dipende dalla lunghezza d'onda: all'aumentare della temperatura, l'intensità massima si ha per lunghezze d'onda sempre più piccole (legge di Wien) e il valore massimo stesso, aumenta con il diminuire della lunghezza d'onda.
Il corpo nero si può immaginare come una cavità con le pareti riflettenti, con un piccolissimo foro. Laradiazione entra da esso, e riflettendo sulle pareti infinite volte, rimane intrappolata. Il nome "nero" deriva dal fatto che i corpi li vediamo di questo colore quando non riflettono nessuna lunghezza d'onda del visibile
Il bulbo oculare con la pupilla si potrebbe considerare un corpo nero
A questo punto si cerca una legge che esprima la potenza emessa in funzione della lunghezza d'onda. Applicando le leggi della fisica classica si giunge alla legge di Raylight Jean, secondo la quale ad una data temperatura, la superficie unitaria di un corpo nero emette in un secondo una quantità di energia inversamente proporzionale alla quarta potenza della lunghezza d'onda. Per lunghezze d'onda sempre più piccole,tendenti a zero, quindi, la potenza aumenta fino all'infinito. Il fenomeno è noto con il nome di "CATASTROFE DELL'ULTRAVIOLETTO"; chiaramente, non ha alcun riscontro sperimentale. Anzi, i dati rivelano che al tendere a zero della lunghezza d'onda, la potenza tende a zero.
Gli spettri di emissione
Ogni corpo riscaldato emette una radiazione elettromagnetica la cui frequenza (e, quindi, il colore) dipende dalla temperatura. Se questa radiazione viene scomposta sfruttando il fenomeno della diffrazione, si ottiene uno "spettro", ovvero una successione di righe o bande, caratteristica per ogni elemento chimico
Ferro
ossigeno
La lava che fuoriesce da un vulcano ha una temperatura intorno ai 1100°C. La radiazione termica emessa ha il massimo nella lunghezza d'onda del visibile. Per questo motivo è incandescente
Nella lampadina tradizionale a incandescenza, il passaggio della corrente elettrica nel filamento di tungsteno, detrmina un innalzamento della temperatura tra 2300°C e 3300°C. La radiazione termica emessa è per il 95% di tipo infrarosso (calore) e per il 5% nella lunghezza d'onda del visibile
LA RISPOSTA:
PLANCK,Bohr e la quantizzazione dell'energia
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