Page 769 - Capire la Fisica

Nascita della teoria quantistica

Ai primi del 900, un piccolo problema di termodinamica continuava a infastidire la co-
munità scientifica, il “corpo nero”, cioè un corpo in grado di assorbire per intero la ra-

diazione elettromagnetica che lo investe, senza rifletterne la benché minima parte.

Un copro così fatto presenta uno spettro di radiazione elettromagnetica che dipende
esclusivamente dalla sua temperatura e non dal materiale di cui è fatto. Questa radia-

zione viene chiamata “radiazione del corpo nero”.

Per realizzare un corpo nero in laboratorio, è sufficiente prendere una sfera metallica
cava e vi si introduce attraverso un piccolissimo foro, una radiazione elettromagnetica.

La radiazione viene così riflessa dalle pareti interne del corpo finché non viene comple-
tamente assorbita, causando un aumento della sua temperatura.

In queste condizioni è possibile calcolare teoricamente e misurare sperimentalmente
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la sua distribuzione spettrale .

Il problema riscontrato accadeva quando si confrontavano i valori sperimentali con
quelli previsti dalla teoria, in quanto si contraddicevano a vicenda.

La teoria prevedeva infatti che la potenza P della radiazione fosse inversamente pro-

porzionale alla quarta potenza della lunghezza d’onda λ, secondo la legge di Rayleigh-
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Jeans.
Secondo questa teoria ogni corpo che possiede una temperatura superiore allo zero

assoluto, avrebbe dovuto emettere un’energia infinita sotto forma di radiazione elet-
tromagnetica.

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Il contrasto di questa predizione errata, chiamata "catastrofe ultravioletta ", con le
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osservazioni fatte in laboratorio, fu risolto dalla legge di radiazione di Planck , che
portò all’introduzione del concetto di quantizzazione dell’energia, teoria perfetta-
mente in grado di descrivere con la massima precisione i risultati sperimentali.

273 È la potenza corrispondente alla radiazione elettromagnetica di ogni singola lunghezza d’onda, irraggiata per unità di
superficie.
274 La legge di Rayleigh-Jeans è un tentativo di descrivere lo spettro di emissione di un corpo nero, basata su un modello
classico. Questa legge prevede che un corpo nero possa emettere radiazione con potenza infinita.
275 La catastrofe ultravioletta era la predizione secondo la quale un corpo nero ideale in equilibrio termico con l’ambiente,
emetterebbe radiazione elettromagnetica con potenza infinita, come predetto dall’applicazione delle equazioni di Max-
well.
276 La legge di Planck è una legge fisica, formalizzata dal fisico tedesco Max Planck, che afferma che l’energia associata a
una radiazione elettromagnetica viene trasmessa in pacchetti discreti chiamati quanti, ciascuno dei quali è associato ad
un singolo fotone.
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