BREVI ARGOMENTAZIONI VARIE La corrente elettrica
In un circuito elettrico metallico, la corrente elettrica é determinata dallo
spostamento degli elettroni liberi. L’elettrone è portatore di una carica elettrica negativa pari a 1,65 ∙10 -19 Coulomb,ha una massa di 0,9 ∙10 -30 kgm ,un raggio dell’orbita circolare ,nell’atomo,pari a 0,53∙ 10 -10 m, una velocità (nell’atomo di idrogeno) di 2,18∙106m/sec; occorrono,almeno per l’atomo di sodio e per quello dell’oro,rispettivamente ,1070 eV e 80500 eV,per poterlo estrarre dai relativi atomi,e precisamente dal livello energetico K (essendo K lo strato od anello più piccolo dei 4 anelli K,L,M,N ) ; ogni anello si compone di un numero limitato di orbite diverse fra loro e si diversificano a seconda della loro vicinanza al nucleo dell’atomo
; per esempio, l’anello L ha le orbite più grandi di quelle del livello K,ma più piccole di quelle del livello M; eV (elettronvolt) è l’unità di energia che un elettrone acquista per azione di una differenza di potenziale di 1 volt : tale unità vale 1,6 ∙10-12 erg; 1 MeV vale 1,6∙10-6erg. La corrente elettrica si manifesta in un circuito, allorquando ai suoi estremi venga applicata una differenza di potenziale (d.d.p.) dovuta ad una
forza elettromotrice generata da un generatore elettrico.
L’unità di misura dell’intensità della corrente elettrica è l’Ampere (A) e cioè quella per la quale passa, nella sezione del circuito, 1 coulomb di carica elettrica al secondo
; od anche, quella che svolge (legge dell’elettrolisi) al catodo (polo negativo) mg
1,118 di argento al secondo.
Si evidenzia che la corrente elettrica in un circuito nasce, allorquando si applichi ai suoi estremi una d.d.p. e si colleghi nel circuito stesso un apparecchio elettrico avente necessità, per il suo funzionamento ,in relazione alla sua potenza elettrica,di essere alimentato da una sorgente di f.e.m. L’unita’ di misura della
potenza elettrica è il watt che si indica con w ed è uguale al prodotto di 1volt ∙1amp;
inoltre, 1w = joule/sec. Nella Tecnica si esprime in kw la potenza elettrica che è pari a 1000w. Per convenzione, viene assunto quale verso della corrente elettrica quello contrario al verso di movimento degli elettroni. Il potenziale elettrico è determinato, per esempio, da un insieme di elettroni che con la loro carica possono compiere un lavoro rappresentato da un vettore; trattasi del potenziale elettrostatico. Infatti, la loro carica genera un campo di forze di tipo coulombiano e può compiere su altre cariche elettriche azioni di attrazione o di repulsione, cariche ricadenti nel loro campo, determinandone lo spostamento. Come unità del potenziale si assume il volt che è pari al loro compiuto dal campo sull’unità di carica elettrica e cioè 1volt = 1joule/1coulomb. Se il campo di forze è conservativo, il lavoro compiuto dalle forze del campo per spostare una carica elettrica da un punto ad un altro dipende solo
dalla posizione dei punti e non dalla traiettoria da essa percorsa, allora si può
determinare il potenziale puntuale ; una carica elettrica lasciata libera di obbedire al campo di forze, percorrerà una traiettoria che terminerà, nel caso di forza attrattiva determinata da un insieme di cariche elettriche, nel baricentro elettrico delle
cariche, o, nel caso di forza repulsiva, terminerà all’infinito, cioè ove non è più avvertibile l’azione del campo. Nei due casi, si svilupperà un lavoro che, attribuito all’unità di carica, ne rappresenta il potenziale. Quando la carica si sposti lungo una traiettoria qualsiasi congiungente due punti dello spazio in cui agiscono le forze del campo, il lavoro, effettuato in tale spostamento, rappresenta la differenza di
potenziale tra i due punti stessi. La conduzione elettrica viene determinata dal movimento degli elettroni ; esiste un’altra possibilità di conduzione detta per
“vacanze” di elettroni. Il fenomeno elettrico è dovuto ad uno squilibrio provocato nella struttura atomica di un corpo che, sotto l’azione di una causa esterna, può cedere od acquisire cariche elettriche. Del fenomeno della conduzione, come già detto, l’agente responsabile è l’elettrone. A seconda degli elettroni tolti dall’orbita atomica si avrà un certo grado di elettrizzazione e, pertanto, l’atomo resterà
caricato positivamente, nel nucleo, di una quantità pari a quella portata via. Nella massa solida elettrizzata di un conduttore esiste una distribuzione di livelli di energia. La forza che determina la suddetta distribuzione è il risultato delle
molteplici forze provocate dai nuclei atomici e dalla stessa presenza degli elettroni, nella struttura del solido. Se un elettrone abbandoni il proprio livello per andare a collocarsi, per es., nella banda di conduzione incompleta(quella in cui vi sono molti posti vuoti a disposizione di elettroni mancanti), di un solido conduttore, lascia nel posto che occupava prima, una situazione tale che un altro elettrone può occupare il suo posto, ove dotato dello stesso livello energetico: se non si verifichi, il posto rimane vacante. L’elettrone non può occupare che determinate posizioni, in forza della propria energia che gli deriva dai legami con il nucleo e dalla sua energia elettromagnetica : in una massa di elettroni,pertanto, possono verificarsi delle
“lacune” o delle “vacanze” che avranno le stesse dimensioni dell’elettrone mancante ed una carica uguale e contraria all’elettrone, cioè carica positiva.
L’azione attrattiva di una vacanza rispetto al proprio elettrone sarà del tipo
coulombiano, ma l’elettrone non potrà rioccupare il proprio posto vuoto, avendo assunto un livello di energia maggiore. In tal modo, si individua una carica elettrica positiva, e non è più necessario chiamare in causa i nuclei dell’atomo, nemmeno per spiegare il fenomeno della elettrizzazione positiva. Ogni fenomeno elettrico sarà attribuito allo spostamento degli elettroni e delle loro vacanze; si avrà una
conduzione elettrica di tipo particolare e cioè per “vacanze”, individuata dalla loro mobilità, essendo le stesse dotate di massa e di energia. Anzi,in certi conduttori in
cui la banda di conduzione (cioè quella incompleta in cui vi sono molti posti vuoti a disposizione di elettroni mancanti) sia più popolata di vacanze che non di elettroni, si avrà uno spostamento di cariche positive maggiore di quelle negative, sotto l’azione di una energia elettrica applicata ai loro estremi.
La materia
La materia è intesa come una struttura di cariche elettriche, positive e negative, esercitanti forze elettriche contrastanti e facendo apparire la materia stessa non elettrizzata. Il nucleo atomico costituisce la massa prevalentemente degli atomi della materia, non solo, ma sedi di cariche elettriche per equilibrare le cariche intorno ad esso orbitanti. Le condizioni di equilibrio, tra cariche elettriche positive e negative, portarono, però, a pensare che ogni fenomeno elettrico corrispondesse ad una situazione di squilibrio tra le cariche elettriche contenute nell’atomo
materiale. Alle cariche elettriche periferiche, in orbita attorno al nucleo, si attribuì la funzione di “quantum” di elettricità come se fosse un granello di energia elettrica elementare, al quale fu dato il nome di elettrone. L’origine del fenomeno elettrico si identificò con l’espressione elementare dello stesso concetto di materia, essendo tutta la materia costituita da atomi la cui struttura è elettrica. Inoltre, l’elettrone, percorrendo un’orbita determinata (esistono entro l’atomo diversi livelli energetici), oltre all’energia cinetica ed a quella potenziale di tipo coulombiano, possiede
un’altra quantità di energia dovuta al moto ondulatorio di cui è animato: i “quanti”, secondo Plank. Ciò spiega anche il fatto che gli elettroni esistenti in un atomo, non si
respingono tra di loro, ancorchè dotati tutti di carica negativa.
Entro l’atomo, esistono diverse orbite (livelli energetici), per gli elettroni, tanto che si parla di: banda satura (quella abitata da elettroni e che non può riceverne altri);
banda incompleta (quella entro la quale esistono posti liberi non occupati da elettroni, ma che lo potrebbero essere); banda satura vuota (quella che non è occupata da nessun elettrone in quanto nessun elettrone ha energia sufficiente per abitarvi). Nei conduttori solidi esistono 2 bande: la banda di valenza e la banda di conduzione, separate tra di loro, dal livello di Fermi la cui quota è funzione della temperatura del solido. La banda di conduzione presenta molti posti liberi a disposizione di elettroni mancanti. Applicando agli estremi di un conduttore
metallico una d.d.p. generata dalla f.e.m.di un generatore elettrico, in virtù della sua conducibilità, si otterrà una continua accettazione di cariche elettriche ad un
estremo, mentre all’altro estremo si otterrà un effetto di “diffusione” di cariche.
Cioè avverrà come se , in effetti , vi fosse un passaggio di cariche elettriche da un estremo all’altro e cioè una corrente elettrica. La quantità di carica (coulombs) che si
sposta in un senso o nell’altro all’interno di un conduttore nell’unità di tempo (sec) prende il nome di ampère (coulomb/sec). Le mutue azioni fra elettroni, in un atomo, sono più marcate delle azioni delle forze agenti fra gli elettroni ed il nucleo, a causa dell’enorme distanza tra di loro; infatti, mentre tali distanze sono dell’ordine 10-10 m (cioè di 1 Ångstrom), le masse relative sono dell’ordine 10-30 kg; la massa di un elettrone è circa 1838 volte più piccola di quella del nucleo dell’elemento più leggero (idrogeno).
Atomo e nucleo
Atomo: la più piccola frazione di materia esistente.
Nucleo: particella carica positivamente attorno alla quale si muovono alcune
particelle cariche negativamente e cioè gli elettroni Protone e neutrone: particelle costituenti il nucleo; il protone ha carica elettrica
positiva uguale in valore assoluto a quella dell’elettrone, ha massa pari a 938,7 MeV (1 MeV equivale a 1,6∙10-6 erg) ; il neutrone è una particella priva di carica elettrica, dotata di spin (momento angolare intrinseco dovuto all’effetto della rotazione su se stessa, indipendente dallo stato di moto della particella), ha massa pari a 939,5 MeV.
Elettroni: particelle tutte uguali, cariche negativamente e percorrenti orbite a diversi valori energetici, come già detto; raggio dell’orbita dell’elettrone dell’idrogeno
0,53∙10-10 m; massa dell’elettrone 0,910∙10-30 kgm , 1800 volte circa più piccola di quella del protone; massa dell’atomo dell’idrogeno 1,673∙10-27 kgm; raggio nucleare r=r0∙A1/3, ove A è il numero di massa (peso atomico) ed r0 è una costante, variabile tra i valori 1,2 fermi (per i nuclei più pesanti)e 1,4 fermi (per i nuclei più leggeri); 1 fermi è uguale a 10-13cm; in tal modo il nucleo è assimilato ad una sfera di raggio r e carica Z∙e, ove Z è il numero di protoni del nucleo ed e è la carica dell’elettrone: per l’idrogeno Z =1; per l’uranio Z= 92. Per l’idrogeno r=1,4 ∙10-15m: per l’argento
r=1,4∙10-15∙(107)1/3 = 15 ∙10-15 m ; per l’uranio r= 1,4∙10-15∙(238)1/2=22∙10-15 m. Per il raggio nucleare r, si deve intendere la distanza dal centro del nucleo a cui si hanno deviazioni dalla legge coulombiana, in quanto le particelle α con cui si bombarda il nucleo, risentono anche dell’azione di altre forze da parte della carica +Ze distribuita entro il nucleo, forze che si possono pensare come dovute ad urti veri e propri; ciò, a fortiori, per i percorsi delle particelle che avvenissero ad una distanza dal centro del nucleo inferiore ad r. Dai suddetti dati si deduce che i nuclei sono 10.000 volte più piccoli degli atomi, ove si consideri che le dimensioni atomiche sono dell’ordine di 1 o 2 Å. La massa dell’elettrone è circa 1838 volte più piccola di quella del protone. Infatti, 1,673 ∙10-27/0,910∙10-30 = 1838 circa. Il nucleo è un sistema che si
può trovare in diversi stati energetici ed il nucleone (insieme di protoni e di
neutroni) corrisponde , appunto, a 2 stati di un’unica particella: ciò,deriva dal fatto che, nel nucleo, i neutroni ed i protoni si trasformano gli uni negli altri in processi che sono accompagnati da emissione o da assorbimento di mesoni. Il mesone è una particella subatomica avente spin intero, prodotta nei processi in cui intervengono interazioni, cioè processi (gravitazionali, elettromagnetici,deboli e forti) a ciascuno dei quali è associata una costante di accoppiamento (“forza” di interazione) il cui valore misura, appunto, la forza dell’interazione ed è, così, interpretabile come la costante di proporzionalità che lega la forza che si esercita tra 2 cariche al valore della carica stessa (Lagrangiana); le interazioni forti sono quelle che hanno una costante di accoppiamento dell’ordine di 15. Quando l’energia del quanto( hn) superi 1 milione di eV si verifica il processo della creazione di coppie; infatti, se si immagini di inviare dentro una camera di Wilson (rivelatore di particelle ionizzanti) un pennello di raggi ϒ , si osserva lungo il loro percorso la formazione di elettroni provocati per effetto fotoelettrico (processo di interazione della radiazione
elettromagnetica con la materia, nel quale un fotone viene assorbito da un elettrone, su cui vi trasferisce tutta l’energia del fotone), dotati di energia
dell’ordine del quanto( hn) dei raggi ϒ incidenti. Si osserva una coppia di elettroni,di tanto in tanto, che partono da uno stesso punto; se la camera di Wilson si trovi in un campo magnetico, si osserva, inoltre, che gli elettroni costituenti la coppia vengono deviati in verso opposto: uno negativo già considerato finora ed uno positivo(nuova particella) detta elettrone positivo o positrone. Si può dire che in un processo di materializzazione di un fotone di alta energia, superiore a 1 MeV, il fotone in prossimità di un nucleo si trasforma in una coppia di elettrone-positrone. Da studi effettuati del fenomeno si è dimostrato che entro un campo di forze
sufficientemente intense, quale quello generato da un nucleo nello spazio
circostante,un quanto( hn) ˃ 1MeV può scomparire, generando al tempo stesso un elettrone positivo e uno negativo. Questo fenomeno costituisce una delle più significative prove sperimentali della equivalenza fra massa e energia stabilita da Einstein, secondo la quale a una massa m (espressa in kgm) corrisponde una energia E(espressa in joule),secondo la relazione E= m∙c2, ove c è la velocità della luce, nel vuoto, pari a 300.000 Km/sec circa.
Alcuni cenni di fisica nucleare Una unità di peso atomico, con riferimento all’idrogeno, è data da: ( massa atomica
idrogeno ∙ c2)/(peso atomico dell’idrogeno∙carica elettrica dell’elettrone);
introducendo i valori numerici si ottiene ( 1,673∙10-27 ∙c2) /(1,0081∙1,6∙10-19) = 931
MeV. In un atomo, la massa dei protoni e dei neutroni è uguale a circa 1 unità di peso atomico; quindi se Z è il numero di protoni e N quello dei neutroni contenuti in un nucleo, Z rappresenta il numero atomico dell’atomo corrispondente e A=Z+N il suo peso atomico. Due nuclei contenenti lo stesso numero Z di protoni e un diverso numero N di neutroni danno luogo a due atomi di diverso peso atomico A=Z+N, che prendono il nome di isotopi, quindi di massa diversa. La maggior parte degli elementi chimici sono miscugli di 2 o più isotopi. Per es., l’idrogeno ha 2 isotopi di peso atomico rispettivamente 1 e 2, il primo ha come nucleo il protone, il secondo ha come nucleo il così detto deutone cioè il più semplice aggregato nucleare costituito da 1 protone e da 1 neutrone. Gli Z protoni e gli N neutroni che costituiscono un nucleo agiscono gli uni sugli altri con forze attrattive di tipo particolare (W.Heisenberg-E.Maiorana) le quali, vincendo la repulsione elettrostatica che si esercita fra i protoni, tengono insieme il nucleo. Aggiungendo o togliendo dei protoni o dei neutroni a un nucleo esistente in natura, si possono ottenere altri nuclei; questi sono instabili però e tendono a trasformarsi in uno dei nuclei esistenti in natura i quali rappresentano sistemi stabili. Grazie a queste forze attrattive, se si vuole decomporre un nucleo nei suoi Z protoni e N neutroni, portandoli a distanza infinita ove abbiano velocità zero, è necessario eseguire un lavoro che corrisponde all’energia di legame del nucleo. Per es., il peso atomico dell’idrogeno è pari a 1H=1,0081; il peso atomico del neutrone è pari a 1n =1,0090; il peso atomico A di un isotopo (Z,N) è sempre molto prossimo a Z+N, e quindi minore della massa che si ottiene sommando le masse dei Z protoni e N neutroni, ossia A ˂ Z 1H + N 1n; la differenza Z 1H +N 1n –A prende il nome di difetto di massa dell’isotopo; essa rappresenta la massa che scompare nel processo di formazione del nucleo, partendo dai suoi componenti costitutivi (legge di A.Einstein m∙c2=E).
Considerando il peso atomico del deuterio pari a D = 2,0147,si ha: 1 1H +11n=2,0171, il difetto di massa sarà 2,0171- 2,0147 = 0,0024 unità di peso atomico a cui corrisponde una energia di legame pari a 0,0024 ∙931= 2,23 MeV; per l’elio,si avrà:
peso atomico 4H2 =4,0040 ; 21H + 21n = 4,0342 ,per cui 4,0342-4,0040 =0,0302 unità di peso atomico a cui corrisponde una energia di legame pari a 0,0302∙931= 28 MeV;
per il litio,si avrà : peso atomico del 6Li è Li =6,00170 ,mentre 3 1 H +31n =6,0498 il difetto di massa è uguale a 0,0328 a cui corrisponde una energia di legame 0,0328∙
931 = 30,5 MeV; si può concludere che l’energia di legame di un nucleo si deduce
dalla misura del peso atomico.
Effetto fotoelettrico: è un processo di interazione della radiazione elettromagnetica con la materia, nel quale 1 fotone ( quanto di luce; atomo di energia;quanto di energia elettromagnetica , )viene assorbito da 1 elettrone su cui vi trasferisce tutta l’energia (E = h∙n); se l’energia risulti superiore al valore minimo W (potenziale di
estrazione), dipendente dalla struttura del metallo, l’elettrone potrebbe fuoriuscire dal metallo (effetto fotoelettrico esterno o foto emissione) con un’energia cinetica Ecin = h∙n-W (relazione di Einstein) ; in caso contrario, l’elettrone passa in un livello energetico superiore ; per es., in un semiconduttore (elemento o composto di struttura cristallina, di resistività, cioè di resistenza elettrica di un tratto di conduttore di lunghezza unitaria e di sezione di area unitaria, più elevata dei conduttori metallici) dalla banda di valenza a quella di conduzione, determinando così variazioni della conducibilità elettrica del corpo (effetto fotoelettrico interno).
Effetto compton: fenomeno associato al passaggio di radiazioni elettromagnetiche ( emissione e propagazione di energia sotto forma di onde o di particelle
subatomiche caratterizzate da una frequenza n e da una lunghezza d’onda λ = c/n,ove c è la velocità della luce nel vuoto, pari a 300.000 km/sec; cioè la propagazione di un campo elettromagnetico ) attraverso la materia, per cui la radiazione diffusa ha una lunghezza d’onda tanto maggiore rispetto a quella della radiazione incidente quanto maggiore sia l’angolo di diffusione coulombiana degli elettroni. E’ conseguenza dell’interazione di 2 particelle, cioè di un fotone incidente e di un elettrone della sostanza attraversata. Il fotone(h∙n) incidente cede parte della sua energia all’elettrone con cui reagisce; perciò, il quanto di luce diffuso possiede un’energia h∙n’ minore dell’energia del fotone incidente (h∙n) e di conseguenza è associato ad una radiazione di frequenza minore e quindi di lunghezza d’onda maggiore.
Sulla base delle ricerche di molti studiosi e ricercatori, l’esperienza ha dimostrato che gli elementi di numero atomico Z ˃ 81 sono radioattivi, cioè emettono particelle α e ẞ, trasformandosi in altri corpi, spontaneamente. Infatti,se 2 protoni e 2 neutroni che si muovono entro il nucleo, per interazione, si legano insieme e formano una particella α(o nucleo di elio), si libera una energia pari a 28MeV fenomeno fortemente eso-energetico), dando luogo a un nuovo aggregato avente, appunto, una maggiore energia di legame (difetto di massa). L’emissione di una particella ẞ (elettrone veloce ē) è determinata dalla trasformazione, entro il nucleo instabile, di un neutrone in protone che avviene,in certe circostanze, entro il nucleo, secondo la reazione : 1n→ 1H + ē +v (Fermi) , cioè un neutrone (particella pesante) dà luogo a un protone, un elettrone e ad una particella v detta neutrino; il neutrino è una particella subatomica neutra, priva di massa e con spin pari ad ½ che interviene nelle interazioni deboli. La reazione avviene nel rispetto del principio della conservazione dell’energia e della quantità di moto : infatti,il neutrino fa, per così dire, da regolatore di energia, possedendo, nei diversi casi, un’energia diversa necessaria a bilanciare l’energia delle particelle del secondo membro della suddetta
reazione con quella del neutrone : ciò, è valso ad ammetterne e giustificarne l’esistenza. Recentemente è stato osservato che i neutrini sono trasformisti e cioè cambiano identità, muovendosi quasi alla velocità della luce ; ciò, è la prova che hanno una massa.
Supponiamo di avere una certa quantità di materiale radioattivo e sia N il numero di nuclei presenti; N è una funzione del tempo,in considerazione del fatto che trattasi di nuclei instabili, sussistendo la legge del decadimento. Si consideri l’ipotesi che ognuno dei nuclei di un corpo abbia la probabilità costante 1/τ, di disintegrarssi in 1 secondo; la probabilità che uno degli N nuclei si disintegri nell’intervallo di tempo fra t e dt è 1/τ ∙dt e per gli N nuclei che si disintegrano nello stesso intervallo sarà N∙dt/τ che rappresenta la diminuzione dN che subisce il numero dei nuclei N fra l’istante t e l’istante t+dt e cioè dN = - N∙dt/τ , equazione differenziale il cui integrale è N=N0∙e-t/τ , essendo N0 il numero dei nuclei del corpo radioattivo in esame, al tempo t =0. La costante τ rappresenta il tempo t=τ necessario perchè la sostanza si riduca a 1/e- esimo del suo valore iniziale ( N=N0∙e-1), prende il nome di vita media. Spesso si usa il tempo di dimezzamento T, definito come il tempo necessario (t=T) di attendere affinchè la sostanza in esame si riduca alla metà (e-T/τ=N/N0=1/2,cioè eT/τ=2,prendendo i logaritmi naturali, si ha T=τ∙0,693). Dalla misura della legge di decadimento di una sostanza radioattiva si risale alla determinazione della costante nucleare τ; quanto più breve è τ tanto più instabile è un nucleo; gli elementi stabili sono quelli per cui τ=∞ e quindi N=N0=costante.Gli elementi radioattivi naturali si raggruppano in tre famiglie radioattive note come famiglie del radio,del torio,dell’attinio dal nome dell’elemento più importante che figura in ciascuna di esse. Ciascuna di queste famiglie è costituita da parecchi corpi radioattivi i quali si trasformano uno nell’altro,partendo dal capostipite,fino a giungere a un corpo stabile che per ciascuna delle tre famiglie, è diverso isotopo del piombo (Z =82).
Principio di esclusione secondo il quale più particelle di spin n+1/2 (n = 0,1,2,3...) non possono assumere lo stesso stato quantico. Per le particelle , si definisce funzione d’onda lo stato di un sistema fisico , nonchè l’ampiezza di probabilità di esistenza e di locazione ; la densità di probabilità si riferisce alla zona in cui esiste la maggiore probabilità di trovare un elettrone.
Reazione nucleare, fenomeno che si verifica tra nuclei e particelle subatomiche quando si vengano a trovare ad una distanza mutua del raggio nucleare ; così,un nucleo, considerato bersaglio, interagisce con un proiettile nucleare α (protone, neutrone, ogni altra particella ). Quando il proiettile sia una particella carica positivamente e dotata di bassa energia (protone,particella α), viene respinto
dall’intenso campo coulombiano che circonda il nucleo, senza subire interazioni nucleari, che si manifestano solo quando il proiettile riesca a penetrare nel nucleo ; questo caso si può verificare se il proiettile sia una particella neutra, come il neutrone o una particella carica, dotata di energia sufficiente per superare la barriera di repulsione coulombiana prodotta dal nucleo.
Fissione (scissione atomica,nucleare) è un processo in cui il nucleo di un atomo si scinde in due parti, approssimativamente, uguali.
Fusione (unione) è la reazione nucleare in cui avviene l’unione di due nuclei leggeri con sviluppo di energia. L’elemento più importante che interessa la fusione è il deuterio (isotopo dell’idrogeno), simbolo chimico D, che si trova in natura e che si può ottenere dall’acqua pesante (D2O) ; si utilizza quale fonte di vantaggiosa energia
; infatti, i due nuclei, dotati di alta energia, producono, urtandosi, un riordinamento dei loro nucleoni (protoni e neutroni), dando luogo a due o più prodotti di reazione, con sviluppo di energia.
Di seguito, si elencano alcune particelle importanti:
-Quarks (up, down, charm, strange, top, bottom), che interagiscono mediante cariche di “colore”, ovvero blu, rossa e verde e formano le “particelle composte” o
“adroni” (neutroni, protoni,...ecc); a seconda del numero di quarks in esse presenti, si distinguono tali particelle in “mesoni” (formati da un quark e un antiquark),
“barioni” (formati da tre quarks) e “esotici” (formati da più di tre quarks);
-Leptoni (elettrone, muone e tauone, con i loro rispettivi neutrini);
-Bosoni, ovvero i mediatori delle quattro interazioni fondamentali: il fotone della forza elettromagnetica, i bosoni W e Z della forza debole, i gluoni della forza forte, i gravitoni (solo teorizzati) della forza di gravità.
Quarks e Leptoni costituiscono una categoria di particelle definita “Fermioni” (da E.Fermi), ovvero le particelle che formano la materia ed hanno spin, cioè momento angolare, dovuto alla rotazione delle particelle su se stesse, semintero ( cioè pari a un numero intero più ½) , e perciò ubbidiscono al principio di esclusione di W.Pauli secondo il quale viene interpretata la distribuzione degli elettroni negli atomi e stabilisce che particelle identiche di spin n+1/2 (appunto semintero) non possono assumere lo stesso stato quantico ; al contrario, i Bosoni costituiscono le interazioni, non classificabili come materia.
Per argomentare intorno alla materia, si faccia, tra l’altro , riferimento ai concetti di autostato, di osservabile, all’equazione di Schrӧdinger, allo spazio vettoriale di Hilbert, ad autovettore, all’ operatore associato all’osservabile, agli stati quantici, al postulato della proiezione, al formalismo della meccanica quantistica, ecc.
Si evidenzia l’importanza del prosieguo delle interessanti argomentazioni in materia, trattate, dal Chiar.Prof.Luminare e Scienziato EDOARDO AMALDI, nel libro di testo universitario Fisica Sperimentale-Parte II, adottato, tra l’altro, presso il biennio propedeutico di ingegneria –Città Universitaria-Roma.
Settembre, 2018.
(Nicoletti) Bibliografia
Citato testo di Fisica Sperimentale.
Testo di Elettrotecnica ed elementi di Elettronica del Prof.Dott. Mario Truci-Editore Paravia.
Letteratura Tecnica.
Enciclopedia Universale RIZZOLI LAROUSSE.
