fisica - Niels Bohr

Niels Henrik David Bohr

(7 ottobre 1885 - 18 novembre 1965)

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Niels bohr

la vita

il premio nobel

la famiglia

la fuga negli usa

gli studi

MODELLO ATOMICO DI THOMSON

Joseph John Thomson è stato un fisico britannico che nel 1896 dimostrò, attraverso una serie di esperimenti, che i raggi catodici erano costituiti da piccole particelle cariche negativamente che egli chiamava “corpuscoli”. Thomson ne definì la massa e la carica e solo successivamente questi “corpuscoli” vennero chiamati ELETTRONI.

MODELLO ATOMICO DI THOMSON

Subito dopo la scoperta dell’elettrone, Thomson, nel 1904, propose un modello atomico che fu definito MODELLO A PANETTONE in cui l’atomo veniva rappresentato come una distribuzione di carica positiva diffusa, contenente delle cariche negative disposte in maniera regolare, in anelli rotanti. Se consideriamo un panettone, i candidi rappresentano gli elettroni immersi in una pasta carica positivamente. Questo modello propone quindi che le cariche negative siano in grado di neutralizzare la presenza delle cariche positive in cui sono immerse, stabilendo che l’atomo è neutro.

MODELLO ATOMICO DI RUTHERFORD

Ernest Rutherford, chimico e fisico britannico, fece un esperimento che culminò con la confutazione del modello atomico a panettone proposto da Thomson. Egli dimostrò che l'atomo era costituito da un nucleo centrale in cui si concentrava la maggior parte della materia carica positivamente (NUCLEO ATOMICO), intorno al quale ruotavano gli elettroni. Quindi, a differenza del modello atomico di Thomson in cui l'atomo è rappresentato come una sfera carica positivamente, in cui sono immersi gli elettroni, il modello atomico planetario di Rutherford propone un atomo "vuoto" che concentra tutta la materia carica positivamente in un nucleo delimitato, attorno al quale ruotano gli elettroni, i quali formano una nube elettronica negativa. In un atomo il numero degli elettroni è uguale al numero dei protoni per questo l’atomo è neutro. Secondo tale modello l’atomo presenta una struttura prevalentemente vuota. Però tale modello presenta dei limiti, non fornisce alcun dettaglio sulla disposizione degli elettroni intorno al nucleo.

MODELLO ATOMICO DI BOHR

Il modello atomico successivo a quello di Rutherford è il modello proposto da Bohr il quale, basandosi sul modello di Rutherford stesso e sulla teoria quantistica di Max Planck, ipotizza l'esistenza di orbite stazionarie nelle quali gli elettroni si muovono senza emettere energia. Vediamo, in breve, quali sono le basi su cui Bohr costruisce il proprio modello atomico.

SPETTRI CONTINUI E A RIGHE

In quel periodo molti fisici stavano studiando i due diversi tipi di spettri, quelli continui e quelli a righe. Un fascio di luce emesso da una sorgente luminosa, se attraversa un prisma trasparente, viene scomposto nelle radiazioni che lo costituiscono che sono deviate con un angolo che dipende dalla loro frequenza. Ad esempio, la luce bianca è policromatica, ossia costituita da radiazioni a diversa frequenza che formano uno spettro continuo. Anche gli elementi in fase gassosa, se eccitati o riscaldati, emettono luce. In questi casi, scomponendo la luce emessa con un prisma si osserva un numero ridotto di frequenze che sono caratteristiche dell'elemento considerato (SPETTRO DISCONTINUO).

MODELLO ATOMICO DI BOHR

MAX PLANCK E I QUANTI

La teoria quantistica di Planck si fonda sullo studio dello SPETTRO DEI CORPI NERI. Se noi consideriamo un corpo, che sia un solido o un gas compresso, e lo riscaldiamo, osserviamo un cambiamento di colore del corpo in esame che dipende dalla temperatura. Si definisce corpo nero un corpo che assorbe tutta la radiazione incidente senza rifletterla. Questo significa che tutta la radiazione che viene emessa da un corpo nero è dovuta alla sua temperatura. Lo spettro di un corpo nero ha una forma a campana e dipende esclusivamente dalla sua temperatura; all'aumentare della temperatura avrò una emissione di radiazioni ad energia maggiore. Tuttavia, secondo la teoria classica dell'epoca, un corpo nero sufficientemente caldo dovrebbe emettere radiazioni elettromagnetiche a intensità infinita. Questo paradosso fu definito 'CATASTROFE ULTRAVIOLETTA'. La spiegazione arrivò da Planck il quale afferma che l'energia che viene emessa dai corpi è discreta, viene emessa sotto forma di quantità di pacchetti chiamati QUANTI, e assume valori legati alla frequenza della radiazione secondo la seguente equazione: E = hv dove h = 6,626 x 10-34 J x s è la costante di Planck e v la frequenza della luce

MODELLO ATOMICO DI BOHR

• gli elettroni si muovono intorno al nucleo su orbite fisse e quantizzate (ossia dotate di energia predefinita); • gli elettroni non emettono né assorbono energia; • l'atomo può scambiare energia con l'esterno solo se un suo elettrone passa da un'orbita stazionaria ad un'altra. L'elettrone che acquisisce energia salta su un'orbita a maggiore energia. Questo elettrone però è instabile e quindi deve tornare nell'orbita dove si trovava prima, a più bassa energia e quindi salta ad un livello energetico inferiore. Questo salto prevede l'emissione di un fotone di energia pari alla differenza di energia tra le due orbite.

Dunque, gli scambi di energia tra un atomo e l'ambiente che lo circonda avvengono per assorbimento o emissione di un fotone con energia pari a hv. Il modello di Bohr è esemplificato nella seguente immagine:

MODELLO ATOMICO DI BOHR

Questo modello verrà successivamente messo in discussione dall'avvento di due importanti scoperte: • gli elettroni, come la luce, hanno una NATURA ONDULATORIA-PARTICELLARE. Quindi era possibile associare alla massa dell'elettrone una lunghezza d'onda (De Broglie); • è impossibile conoscere simultaneamente la POSIZIONE e la VELOCITÀ dell'elettrone (principio di indeterminazione di Heisenberg) poiché se io volessi individuare la posizione di un elettrone dovrei illuminare con un fotone, che rappresenta energia. Questo fotone verrebbe acquisito come uno stimolo eccitatorio che farebbe deviare l'elettrone dalla traiettoria in cui si trova. Pertanto si arriva a comprendere che non è possibile rappresentare un elettrone come una palla che ruota lungo un'orbita.

Grazie per l'attenzione

Betti Chiara 5BL

Nel settembre 1943, durante l'occupazione nazista della Danimarca, Niels Bohr fuggì in Svezia per evitare l'arresto da parte della polizia tedesca e da lì a Londra; si adoperò, riuscendovi, per convincere il governo svedese ad accogliere centinaia di ebrei danesi in fuga dalla deportazione. Nel novembre dello stesso anno, invece, Bohr e il figlio Aage si trasferirono negli Stati Uniti, prima a New York e poi a Los Alamos per collaborare al Progetto Manhattan, dove, oltre alla sua competenza in materia, risultò importante per informare gli altri scienziati del progetto sullo stato di avanzamento dei progetti nucleari tedeschi. Dopo la guerra tornò a Copenaghen e sostenne l'uso pacifico dell'energia nucleare.

niels bohr

Gli studi

Bohr si laureò all'Università di Copenaghen nel 1911 con una tesi sull'impossibilità di spiegare con la fisica classica i fenomeni magnetici. Si trasferisce prima a Cambridge grazie a una borsa di studio, dove spera di collaborare con J. J. Thomson (inventore elettrone) per continuare le indagini sulla teoria dei metalli. Non riuscendo a lavorare con il fisico britannico, si cimenta nello studio dell'elettromagnetismo seguendo le lezioni universitarie di James Jeans. Grazie alla borsa di studio che la Fondazione Carlsberg gli offrì per dargli la possibilità di studiare un anno all'estero, si trasferì poi all'Università di Manchester, in Inghilterra, dove studiò con Ernest Rutherford. Durante il suo periodo di studi con Rutherford, si occupa della riuscita di alcuni esperimenti sull'assorbimento da parte dell'alluminio delle particelle alfa, programma suggerito proprio da Rutherford. Questo progetto viene poi sospeso dallo stesso Bohr perché interessato al concetto teorico del suo nuovo modello atomico, originato dalla teoria orbitale dell'atomo scoperta da Rutherford.

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La famiglia

Suo padre, Christian Bohr, era un fisiologo danese docente alla facoltà di fisiologia all'Università di Copenaghen e scopritore di un comportamento dell'emoglobina detto effetto Bohr. Henrik Bohr, suo nonno paterno, fu insegnante e successivamente preside del Westenske Institute di Copenaghen. Sua madre, Ellen Adler Bohr, era una ricca borghese danese di origine ebraica, la cui famiglia era assai importante nell'ambiente bancario e parlamentare danese. Niels era un calciatore come il fratello Harald, ma dilettante, di ruolo portiere; non venne considerato adatto per vestire la maglia della nazionale danese perché si narra che in un incontro amichevole tra il suo club e una rappresentativa tedesca, Bohr subì una rete su un facile tiro da lunga distanza, distratto, per sua stessa ammissione, da un problema matematico.

Il premio Nobel

Nel 1922 Bohr ricevette il premio Nobel per la fisica "per i suoi contributi nell'indagine sulla struttura degli atomi e della radiazione che emana da essi".