laboratorio elettra

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Laboratorio Elettra. CONCETTI FONDAMENTALI. PRESENTAZIONE LABORATORIO ELETTRA. ATOMO. FORZE. CAMPI. INTERAZIONI TRA MASSE. PRINCIPI DELLA DINAMICA. I MOTI. ESPERIMENTO. INDIETRO. elettroni. nucleo. Atomi. L’atomo è la più piccola parte di un elemento. Entrambi presenti nel nucleo. - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: Laboratorio Elettra
Page 2: Laboratorio Elettra
Page 3: Laboratorio Elettra

ATOMO

INTERAZIONI TRA MASSE

CAMPI

FORZE

ESPERIMENTO

INDIETRO

I MOTIPRINCIPI DELLA

DINAMICA

Page 4: Laboratorio Elettra

L’atomo è la più piccola parte di un elemento

Elettroni (negativi)

Entrambi presenti nel nucleo

Le particelle principalmente utilizzate negli acceleratori sono gli elettroni e i positroni (anti-elettroni)

Protoni (positivi)

Neutroni (neutri)

disposti intorno al nucleo secondo livelli energetici

AVANTI

Page 5: Laboratorio Elettra

Per trasportare un elettrone da un guscio ad un altro, bisogna dargli una

quantità di energia.Dopo l’elettrone tenderà a ritornare nella sua posizione iniziale. Quando tornerà cederà

energia.Questa energia è un’energia luminosa (radiazione)

E = h * Dove h è una costante (detta di Plank) e è la

frequenza

ANIMAZIONE

APPROFONDIMENTO SULLA FREQUENZA INDIETRO

Page 6: Laboratorio Elettra

VIENE FORNITA ENERGIA

VIENE LIBERATA ENERGIA

L’ELETTRONE TENDERA’ POI

A TORNARE

ANIMAZIONE

INDIETRO

Page 7: Laboratorio Elettra

Ogni radiazione ha una frequenza e una lunghezza d’onda particolari

La frequenza come grandezza fisica corrisponde all’inverso del tempo=1/T

Periodo = tempo che il pendolo (o un fenomeno che si ripete con le stesse caratteristiche) impiega a compiere un’oscillazione (o a ripetere le stesse

caratteristiche). Se impiega 2 sec la frequenza è ½ sec-1 mezza

oscillazione a sec.LA FREQUENZA INDICA QUANTI EVENTI COMPIUTI AVVENGONO (SI RIPETONO) IN

UN’UNITA’ DI TEMPO

INDIETROANIMAZIONE

Page 8: Laboratorio Elettra

OSCILLAZIONE

INDIETRO

START

Page 9: Laboratorio Elettra

Forza forte

Forza debole

Forza elettro-magnetica

Forza gravitazionale

Teoria del tutto

GUT

Forza elettrodebole

GeV 102 1015 1019

INDIETRO

Page 10: Laboratorio Elettra

•elettrici : accelerano le particelle cambiando il modulo;

•magnetici : accelerano le particelle cambiando la loro direzione.

CAMPI ELETTRICI

CAMPI MAGNETICI

APPROFONDIMENTO SUI CAMPI

INDIETRO

Page 11: Laboratorio Elettra

Il campo è la perturbazione di uno spazio circostante una carica/massa.

La perturbazione è un disturbo che si propaga (influsso che si diffonde nello spazio circostante la

sorgente.Il campo è un tramite della forza che c’è tra due oggetti;

La velocità di propagazione del campo è quella della luce.Campo è quella grandezza fisica

astratta che è in grado di scatenare la reazione (è un intermediario)

AVANTI

Page 12: Laboratorio Elettra

1. le linee sono punto per punto tangenti al vettore campo;

2. Il numero delle linee deve essere proporzionale all’intensità del campo per unità di superficie. (+ sono le linee + è intenso il campo)Convenzionalmente:

Per la carica positiva le frecce si indicano uscentiPer quella negativa entranti.

Se invece abbiamo una massa solo entranti perché le masse possono solo attrarsi, non respingersi.

AVANTI

Page 13: Laboratorio Elettra

Non sono vettori, rappresentano la

successione di punti di applicazione del vettore.

Più sono le linee più è intenso il campo.

INDIETRO

CAMPO PIU’ INTENSO

Page 14: Laboratorio Elettra

Quando una particella viene “sparata” con una certa velocità all’interno dal campo elettromagnetica questa viene accelerata e ,se è positiva, devierà verso il basso, se è negativa, verso l’alto.

+-

Nel campo una particella viene accelerata nella direzione delle linee di campo.

Cliccare per l’animazioneCliccare per la 2a l’animazione

INDIETRO

APPROFONDIMENTO:

CONDENSATORE

Page 15: Laboratorio Elettra

X X

X

X

X X

XX

X

X X X

O O O OOOOO

O O O OCampo

entranteCampo uscente

Se una particella carica viene “sparata” con velocità V all’interno del campo si osserva che la particela segue una traiettoria

circolare.Nel campo entrante gira in SENSO ORARIO, in quello uscente in SENSO ANTIORARIO.

e-

e-

Cliccare per Cliccare per far partire far partire

l’animazionel’animazione

Cliccare per Cliccare per far partire la far partire la 22aa animazione animazione

AVANTI

Page 16: Laboratorio Elettra

Magneti naturali (calamite)

Campi magnetici generati dal passaggio

di corrente in un filo conduttore

ESEMPIO

INDIETRO

Page 17: Laboratorio Elettra

I 2 elettrodi sono collegati tramite

conduttori al generatore di energia

All’interno di questo elettromagnete vengono prodottI degli elettroni che successivamente girano seguendo

una traiettoria circolare

L’elettromagnete accelera la particella per l’effetto del campo magnetico. Questo è prodotto dai fili di rame che

si trovano intorno all’armatura più esterna.

Elettrodi Abbiamo disegnato una freccia a doppio senso, poiché a seconda che il campo sia entrante o uscente, le particelle

possono girare in senso orario o antiorario.

INDIETRO

Page 18: Laboratorio Elettra

Il corpo m1 esercita sul corpo m2 una forza e viceversa.

Queste forze sono centrali,infatti la direzione di applicazione è

costituita dalla retta che congiunge i centri di massa.

 I due corpi non “interagiscono” subito. La velocità con cui la massa m influisce sulla massa

c è la velocità della luce.

INDIETRO

Page 19: Laboratorio Elettra

PROCEDIMENTO:

Generatore era carico. Abbiamo pescato con (1) la carica dal generatore e avvicinandolo alla pallina di stagnola, questa è stata attratta e dopo il

contatto si è allontanata.Prima del contatto: polarizzazione: le carche della pallina tendono a spostarsi dalla parte più vicina a (1).

Durante il contatto: si spostano le cariche

Dopo il contatto: si allontanano perché hanno la stessa carica.

SPIEGAZIONE INDIETRO

Page 20: Laboratorio Elettra

Induzione: si verifica in un corpo neutro quando viene avvicinato un altro corpo carico e nel primo si spostano gli elettroni.

Corpo è carico : quando ha acquistato o ceduto elettroni.

Si usano i metalli perché sono conduttori quindi, avendo l’ultimo guscio non saturo, tendono a liberare

elettroni

Il tipo di carica non cambia, sia che sia negativa sia che sia positiva, basta che un corpo sia più carico

dell’altro.

Ne- = p+

INDIETRO

Page 21: Laboratorio Elettra

Tutte le linee del campo sono parallele ed E è costante.

Il condensatore può accelerare una particella una massa è in grado di accelerare un’altra massa.

Tra le 2 armature esiste un differenza di potenziale. V

La differenza di potenziale è in grado di accelerare una carica.

INDIETRO

Page 22: Laboratorio Elettra

M.C.U(moto circolare uniforme)

M.R.U.(moto rettilineo uniforme)

M.R.U.A.(moto rettilineo uniformemente

accelerato)

INDIETRO

Page 23: Laboratorio Elettra

Un moto è R.U. quando la traiettoria è rettilinea e la

velocità è costante.

AVANTIGRAFICI del M.R.U.

Page 24: Laboratorio Elettra

1° Principio della dinamica: Fest = 0

V = St

t =

SV

S =

V* t

INDIETRO

Page 25: Laboratorio Elettra

V

t

S

t

INDIETRO

Page 26: Laboratorio Elettra

Un moto è R.U.A quando segue una traiettoria rettilinea e la sua

velocità cambia uniformemente in modulo.

AVANTIGRAFICI del M.R.U.A.

Page 27: Laboratorio Elettra

2° Principio della dinamica: Fest = m * a

a= Vt

V = a*t

t = Va

S = 1/2 a* t + V0*t

Vf2 - Vi

2 = 2aS

INDIETRO

F

F = m*am= a

ma= F

L = F S

Page 28: Laboratorio Elettra

V

t

t

V

INDIETRO

a

t

Page 29: Laboratorio Elettra

Un moto è C.U. quando la traiettoria descrive una

circonferenza e la velocità si mantiene costante in modulo,

ma la sua direzione (della velocità) varia da punto a

punto essendo tangente alla circonferenza.

A

B

C

D

VC

VB

VD

VA

AVANTI

Page 30: Laboratorio Elettra

Un corpo che si muove in M.C.U. (es: una pallina

attaccata a un filo) quando verrà “lasciato”, seguirà un

traiettoria tangente dal punto di “rilascio”

ANIMAZIONE AVANTI

Page 31: Laboratorio Elettra

TRAIETTORIA SEGUITA

INDIETRO

Page 32: Laboratorio Elettra

B

A

C K

H

AB = vettore spostamento S

L’accelerazione tende ad avere la direzione del raggio (verso il centro della circonferenza)

PERCHE’ L’ACCELERAZIONE TENDE AD AVERE LA

DIREZIONE DEL RAGGIO???

AVANTI

aist =

limt 0

Vt

VB

VB

Va

-Va

S

V

V

Page 33: Laboratorio Elettra

A

C

Va

H

V se B si avvicina sempre di più al triangolo AHK tende ad essere sempre più piccolo.

Il triangolo tende a essere perpendicolare

Il verso di V tende ad essere perpendicolare alla tangente

Poiché l’accelerazione è un prodotto vettoriale che deriva dalla velocità anche essa tende ad essere perpendicolare alla tangente

Quindi tende ad avere la direzione del raggio

BK

VB

VB

V

INDIETRO

Cliccare per far avvicinare B ad A.

VVB

B

VB

Page 34: Laboratorio Elettra

B

A

C K

H

VB

VB

Va

-Va

S

V

V

VA = VBV : V = S : r V

=

V * S

r

Vist =

limt 0

St HAK ≈ ACB

aist =

limt 0

Vt

limt 0

t

V*Sr=

a =

limt 0

Vr

t

S= li

mt 0Vr

t

S

Coincide con la velocità istantanea della velocità fuori dal limite

=a =

Vr

*V V2

r

AVANTI

Page 35: Laboratorio Elettra

V è costante in modulo quindi il quoziente tra spazio percorso e tempo impiegato a percorrerlo sempre

uguale

VP =2rP

o

P

P

A

A

Se si muove OP, anche A si muove.

Poiché A e P si muovono insieme, passa lo stesso tempo quindi rimane invariato.

VA=2rA

VP > VA Perché il raggio di P è maggiore del raggio di A

rP = rP Pèrchè è uguale per entrambe

INDIETRO

Page 36: Laboratorio Elettra

INDIETRO

Page 37: Laboratorio Elettra

Se su un corpo agiscono forze equilibrate, il corpo permane in uno stato di inerzia.

Fest = 0

INDIETRO

Page 38: Laboratorio Elettra

Se su un corpo agiscono forze non equilibrate, il corpo il corpo si muove con un’accelerazione (variazione di

velocità).

INDIETRO

Fest = m * a

Page 39: Laboratorio Elettra

Ad ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria.

INDIETROANALISI IMMAGINE

La validità del 3° principio è generale; esso è valido in qualsiasi interazione, anche se questa non implica

necessariamente contatto (es: gravità)

Page 40: Laboratorio Elettra

Il cavallo per muoversi deve spingere con i piedi il pavimento con una forza FAB (azione) e il pavimento reagisce con la forza (reazione) FBA.

Il cavallo tira la corda con la forza FDA e la corda reagisce sul cavallo con la forza FDA.

Infine la corda tira la pietra C con la forza FDC e questa reagisce sulla corda con la forza FCD.

INDIETRO

Page 41: Laboratorio Elettra

CHE COS’E’ ELETTRA

LA STORIA

SUDDIVISIONE

INDIETRO

Page 42: Laboratorio Elettra

In questo laboratorio si effettua RICERCA RICERCA APPLICATAAPPLICATA: cioè gli esperimenti proposti devono

essere finalizzati a qualcosa.

Inoltre, ogni esperimento proposto non può avere fini applicativi bellici.

ELETTRA E’ UN LABORATORIO PER LA PRODUZIONE DI LUCE DI SINCROTRONE DI TERZA GENERAZIONE (UNO DEI MIGLIORI

IN CIRCOLAZIONE)

INDIETRO

Page 43: Laboratorio Elettra

IL PROGETTO DI QUESTO LABORATORIO RISALE AGLI ANNI ’60, QUANDO ARRIVARONO DEI FINANZIAMENTI DALLA FRANCIA.

NEL ’86 ARRIVARONO DEI FINANZIAMENTI DALL’ITALIA, MA LA SUA COSTRUZIONE INIZIO’ SOLO NEL 1992 E DURO’ UN ANNO.

INDIETRO

Page 44: Laboratorio Elettra

Questo laboratorio si divide in 3 parti:

1. Gli edifici esterni: sono edifici tecnici come officina meccanica, torri di raffreddamento, trasformatori della sottostazione elettrica, etc…

2. Area sperimentale: esterna all’anello (che è circondato da blocchi di cemento).Qui arriva il prodotto degli elettroni.

3. Sala computer :laboratorio di controllo.

AVANTI

Page 45: Laboratorio Elettra

L’acceleratore è diviso in 2 parti:

1. Acceleratore lineare ( L-LINAC )

2. Acceleratore circolare

AVANTI

Page 46: Laboratorio Elettra
Page 47: Laboratorio Elettra

L-LINAC SIGNIFICA “LINEAR ACCELERETOR”

NEL L-LINAC VENGONO PRODOTTI, DA UN FILAMENTO INCANDESCENTE, GLI ELETTRONI. QUESTI VENGONO ACCELERATI, ATTRAVERSO UNA SERIE DI “SCATOLE”

CON CAMPO ELETTRICO DISPOSTE UNA DOPO L’ALTRA, FINO AD ARRIVARE QUASI ALLA VELOCITA’

DELLA LUCE.

DOPODICHE’ GLI ELETTRONI PRODOTTI PASSANO NELL’ANELLO DI ACCUMULAZIONE (ACCELERATORE

CIRCOLARE.).

ANIMAZIONE L-LINAC INDIETRO

Page 48: Laboratorio Elettra

START

CAMPO ELETTRICO

Sorgente di elettroni

INDIETRO

Page 49: Laboratorio Elettra

E’ ANCHE DETTO ANELLO DI ACCUMULAZIONE.

AL SUO INTERNO GLI ELETTRONI CONTINUANO A GIRARE PRODUCENDO LUCE DI SINCROTRONE.

HA LE STESSE CARATTERISTICHE DEL L-LINAC MA ATTRAVERSO CAMPI MAGNETICI, APPOSITAMENTE COMBINATI, PERMETTE AL FASCIO DI SEGUIRE UNA

TRAITTORIA CIRCOLARE.

FUNZIONAMENTO

Page 50: Laboratorio Elettra

NEL SINCROTRONE SONO PRESENTI SIA CAMPI MAGNETICI CHE ELETTRICI.

I PRIMI DEVIANO IL FASCIO FACENDOGLI SEGUIRE UNA TRAITTORIA CIRCOLARE, I

SECONDI ACCELERANO IL FASCIO CHE DOPO IL PASSAGGIO NEI CAMPI MAGNETICI AVEVA

PERSO ENERGIA.

OGNI QUALVOLTA IL FASCIO VIENE DEVIATO, EMETTE LUCE DETTA DI SINCROTRONE, CHE VIENE POI STUDIATA DA GRUPPI DI FISICI.

ANIMAZIONE

Page 51: Laboratorio Elettra

ONDULATORE

IMMAGINEIMMAGINE

LINAC

SORGENTE DI

ELETTRONI

LUCE DI SINCROTRONE

ANELLO DI ACCUMULAZIONE

CAMPI ELETTRICI

MAGNETE

STARTSTARTINDIETROINDIETRO

Page 52: Laboratorio Elettra

L’ondulatore (composto da magneti alternati) serve a far seguire al fascio di elettroni una

traiettoria a serpentina.

ANIMAZIONEAPPROFONDIMENTO

FASCIO DI ELETTRONI INDIETRO

Page 53: Laboratorio Elettra

STARTSTART INTANTOINTANTO INDIETROINDIETRORISULTATORISULTATO

Page 54: Laboratorio Elettra

Il movimento del fascio di elettroni è condizionato dai campi elettrico e magnetico, opportunamente

combinati.

Fascio di elettroni

Energia emessa da elettroni in traiettoria tangente.

Ampiezza oscillazione mantenuta costante. Quando l’ampiezza della oscillazioni è

costante, incrementa l’intensità di emissione (di energia), perché si sommano

tutte le traiettorie tangente.

AVANTI

Page 55: Laboratorio Elettra

… il campo ha una traiettoria verticale serpentina, il fascio seguirà una traiettoria serpentina

orizzontale.

… il campo ha traiettoria serpentina orizzontale, il fascio seguirà una traiettoria serpentina verticale.

… ci sono 2 campi, 1 con traiettoria serpentina verticale e l’altro con traiettoria serpentina verticale, il fascio di elettroni seguirà una traiettoria a spirale.

INDIETRO

Page 56: Laboratorio Elettra

Nell’acceleratore circolare il fascio di elettroni continua a girare emanando radiazioni di sincrotrone.

Tra raggi UV e raggi X molli

La luce prodotta dagli elettroni è formata da fotoni. Di questo fascio si sceglie una sola lunghezza d’onda(colore)

usando il monocromatoremonocromatore.

Il fascio così ottenuto(di un solo colore) passa per altre macchine.

Manipolato attraverso speciali specchi(con superfici concave). Questi hanno angoli di incidenza molto

vicini allo 0 e devono essere continuamente raffreddati poiché il fascio è molto caldo possiede

un’energia tale da poter rompere lo specchio.

Radiazione di

sincrotrone

Radiazione elettromagnet

ica

Luce (fascio cilindrico)

Segue linea retta

AVANTIMONOCROMATORE

Page 57: Laboratorio Elettra

2 CLASSI DI ESPERIMENTO (fotoelettrico e strutturale)

MAMMOGRAFIA

DIFFRAZIONE

INDIETRO

Page 58: Laboratorio Elettra

1. C lasse strutturale: si studia la posizione degli atomi in vari materiali (usando

difrazione e rifrazione) .

2. Esperimenti di effetto fotoelettrico:ogni atomo che assorbe energia emette

fotoelettroni, quindi si possono capire le proprietà della materia.

Il fascio viene fatto scontrare contro un oggetto ; a seconda della struttura

atomica dell’oggetto i fotoni vengono deviati con

traiettorie precise.Un computer calcola

l’intensità e l’angolo dei fotoni deviati.Un altro

computer ricrea la mappa di ciò che è successo e trova la posizione degli atomi

dell’oggetto.

Questa tecnica è utilizzata nell’industria farmaceutica.

Questa tecnica è utilizzata soprattutto in radiografia.

Si sceglie una lunghezza d’onda che viene “sparata” contro una parte del corpo:

a seconda del tipo di lunghezza d’onda reagisce

un determinato tipo di tessuto.

Alla fine si avrà una mappa con tutti i dettagli.INDIETRO

Page 59: Laboratorio Elettra

L’ EFFETTO RELATIVISTICO DI LORENTZ, DENOMINATO EFFETTO DOPPLER, RIDUCE LA

LUNGHEZZA D’ ONDA DA UN FATTORE DI 6000 A 8000 RIUSCENDO AD INDIVIDUARE IL TUMORE IN UNA FASE INIZIALE AL SENO CON

UNA DISPERSIONE DI RADIAZIONE ECCEZIONALMENTE MINORE RISPETTO ALL’

EMISSIONE RADIOATTIVA DEI RAGGI-X.

INDIETRO

Page 60: Laboratorio Elettra

LA DIFFRAZIONE E’ LA PROPAGAZIONE NON RETTILINEA DELLA LUCE DI SINCROTRONE

PASSANTE ATTRAVERSO SOTTILI FENDITURE, SOLCHI E PROTUBERANZE O INCIDENTE SUL

CONTORNO DEGLI OGGETTI.

A CAUSA DELL PICCOLISSIMA LUNGHEZZA D’ONDA E’ POSSIBILE OSSERVARE STRUTTURE DELLA

DIMENSIONE DI UN MILIONESIMO DI MILLIMETRO.

INDIETRO

Page 61: Laboratorio Elettra

Il monocromatore è una macchina (una sorta di cristallo) che “sceglie” una sola lunghezza d’onda del

fascio.

A seconda dell’angolo con cui viene colpito, esce dalla macchina un solo colore (difrazione).

Dopo essere passato nel monocromatore, il fascio attraversa altre macchine che cambiano

a seconda dell’uso che se ne deve fare.

INDIETROIMMAGINE

Page 62: Laboratorio Elettra

INDIETRO

Page 63: Laboratorio Elettra

All’interno del tubo serve mantenere il vuoto perché gli elettroni sono

particelle leggere e piccole e tendono a combinarsi rapidamente con ioni

vaganti.

Anche quando si arriva a 10-9 millibar rimangono residui gassosi attaccati alle

pareti.

Per togliere ogni elemento che potrebbe ostacolare il passaggio degli elettroni,si

riscalda la camera.Poi si riempie di azoto liquido che impedisce che si

inquini, mantenendola pulita.INDIETRO

Page 64: Laboratorio Elettra