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 PresentationTRANSCRIPT
ATOMO
INTERAZIONI TRA MASSE
CAMPI
FORZE
ESPERIMENTO
INDIETRO
I MOTIPRINCIPI DELLA
DINAMICA
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
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
VIENE FORNITA ENERGIA
VIENE LIBERATA ENERGIA
L’ELETTRONE TENDERA’ POI
A TORNARE
ANIMAZIONE
INDIETRO
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
OSCILLAZIONE
INDIETRO
START
Forza forte
Forza debole
Forza elettro-magnetica
Forza gravitazionale
Teoria del tutto
GUT
Forza elettrodebole
GeV 102 1015 1019
INDIETRO
•elettrici : accelerano le particelle cambiando il modulo;
•magnetici : accelerano le particelle cambiando la loro direzione.
CAMPI ELETTRICI
CAMPI MAGNETICI
APPROFONDIMENTO SUI CAMPI
INDIETRO
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
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
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
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
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
Magneti naturali (calamite)
Campi magnetici generati dal passaggio
di corrente in un filo conduttore
ESEMPIO
INDIETRO
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
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
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
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
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
M.C.U(moto circolare uniforme)
M.R.U.(moto rettilineo uniforme)
M.R.U.A.(moto rettilineo uniformemente
accelerato)
INDIETRO
Un moto è R.U. quando la traiettoria è rettilinea e la
velocità è costante.
AVANTIGRAFICI del M.R.U.
1° Principio della dinamica: Fest = 0
V = St
t =
SV
S =
V* t
INDIETRO
V
t
S
t
INDIETRO
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.
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
V
t
t
V
INDIETRO
a
t
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
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
TRAIETTORIA SEGUITA
INDIETRO
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
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
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
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
INDIETRO
Se su un corpo agiscono forze equilibrate, il corpo permane in uno stato di inerzia.
Fest = 0
INDIETRO
Se su un corpo agiscono forze non equilibrate, il corpo il corpo si muove con un’accelerazione (variazione di
velocità).
INDIETRO
Fest = m * a
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)
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
CHE COS’E’ ELETTRA
LA STORIA
SUDDIVISIONE
INDIETRO
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
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
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
L’acceleratore è diviso in 2 parti:
1. Acceleratore lineare ( L-LINAC )
2. Acceleratore circolare
AVANTI
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
START
CAMPO ELETTRICO
Sorgente di elettroni
INDIETRO
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
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
ONDULATORE
IMMAGINEIMMAGINE
LINAC
SORGENTE DI
ELETTRONI
LUCE DI SINCROTRONE
ANELLO DI ACCUMULAZIONE
CAMPI ELETTRICI
MAGNETE
STARTSTARTINDIETROINDIETRO
L’ondulatore (composto da magneti alternati) serve a far seguire al fascio di elettroni una
traiettoria a serpentina.
ANIMAZIONEAPPROFONDIMENTO
FASCIO DI ELETTRONI INDIETRO
STARTSTART INTANTOINTANTO INDIETROINDIETRORISULTATORISULTATO
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
… 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
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
2 CLASSI DI ESPERIMENTO (fotoelettrico e strutturale)
MAMMOGRAFIA
DIFFRAZIONE
INDIETRO
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
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
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
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
INDIETRO
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