LA LUCE

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LA LUCE
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Fisica e Chimica
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Newton(1642-1727)
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Teoria corpuscolare

• La luce è composta da particelle dotate di
  energia e impulso.
• Tali particelle vengono liberate dai corpi
  luminosi e si propagano in linea retta.
• La riflessione è spiegata tramite il rimbalzo
  delle particelle nel momento dellurto con una
  superficie.

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• La rifrazione è dovuta alle forze che le molecole
  di una sostanza esercitano sulle particelle di
  luce deviandone la direzione.
• La luce è più veloce nei corpi rispetto al vuoto.
• Luci di colori diversi vengono rifratte con
  angoli differenti a parità di indice di
  rifrazione.

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• Le particelle hanno diversa massa
• i corpuscoli più grossi provocano la sensazione
  del rosso
• i corpuscoli più piccoli danno la sensazione del
  violetto.

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• Newton riuscì a spiegare
• riflessione,
• differenze di colore,
• propagazione della luce dalla Terra al Sole.
• La teoria corpuscolare però non poteva dare una
  spiegazione a
• assorbimento della luce dei corpi opachi,
• diffrazione,
• interferenza.

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Huygens(1629-1695)
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Teoria ondulatoria

• La luce è costituita da un insieme di onde
  meccaniche che si propagano in linea retta.
• Le vibrazioni dei corpi luminosi producono tali
  onde.
• La propagazione della luce è dovuta
  alloscillazione delletere.

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• Letere è un mezzo isotropo, estremamente
  sottile, composto da corpiccioli elastici.
• Letere propaga la luce oscillando ma non assume
  un moto traslatorio.
• Principio di Huygens per spiegare la rifrazione.

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• Assunzione che la velocità della luce è inferiore
  nei mezzi che non siano letere (ipotesi
  confermata dai successivi studi sulla velocità
  della luce).
• Spiegazione del fenomeno della diffrazione
  attraverso il principio di Huygens.

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Young(1773-1829)
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• Young effettuò un esperimento cruciale ottenendo
  prove convincenti riguardo la natura ondulatoria
  della luce.
• Esperimento della doppia fenditura.
• La luce che attraversa due sottili fenditure
  forma su uno schermo unimmagine che presenta un
  massimo luminoso centrale e, simmetricamente ad
  esso, una serie di frange laterali
  alternativamente chiare e scure.

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(No Transcript)
15

• Limmagine che si forma è una figura
  dinterferenza spiegabile solo attraverso la
  teoria ondulatoria.
• Nelle zone chiare vi è interferenza costruttiva.

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• Nelle zone scure vi è interferenza distruttiva.

• Il risultato dellinterferenza dipende dalla
  differenza di lunghezza tra i cammini percorsi
  dalle onde provenienti dalle due fenditure.

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Maxwell(1831-1879)
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• Egli ipotizzò che la propagazione della luce
  fosse dovuta alla propagazione di un campo
  elettromagnetico.
• Per avanzare tale ipotesi egli partì dallanalisi
  dellinduzione elettromagnetica.
• Un campo magnetico variabile genera un campo
  elettrico variabile.

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• Basandosi su unidea di simmetria della natura,
  Maxwell ipotizzò che anche una variazione di
  campo elettrico producesse un campo magnetico
  variabile.
• Alla variazione di campo magnetico, in una
  determinata zona di spazio, segue la produzione
  di un campo elettrico variabile il quale a sua
  volta produce un campo magnetico variabile e così
  via allinfinito.

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• Si propaga in questo modo unonda
  elettromagnetica, indipendentemente dalla
  presenza di materia in quanto è unonda di campo.
• I campi magnetico ed elettrico sono
  perpendicolari tra loro e in fase.

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• La luce rappresenta una particolare classe di
  onde EM con lunghezza donda compresa tra 380 e
  710 nm.

22

• Lipotesi di Maxwell fu confermata dagli
  esperimenti di Hertz.
• Hertz fu il primo a generare e rilevare le onde
  EM e a dimostrare tutte le sue proprietà.

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• Linsieme delle onde EM viene descritto
  attraverso lo spettro elettromagnetico che
  comprende
• Raggi ?
• Raggi X
• Raggi UV
• Luce visibile
• Infrarossi
• Microonde
• Onde radar
• Onde radio

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• Gli esperimenti condotti da Michelson e Morley
  smentirono la necessita delletere per la
  propagazione delle onde EM.
• Essi non furono in grado di rilevare alcun moto
  della Terra rispetto alletere.

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Planck(1858-1947)
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• Alla fine del XIX secolo attendeva ancora
  spiegazione il fenomeno della luce emessa dai
  corpi incandescenti.
• Lintensità della radiazione emessa è
  proporzionale alla quarta potenza della
  temperatura assoluta.
• Un corpo che assorbe tutte le radiazioni viene
  definito corpo nero.

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• Il corpo nero, se riscaldato, emette radiazioni
  aventi distribuzione continua di frequenze, ma
  presenta un picco di emissione.
• La lunghezza donda del picco di emissione
  diminuisce allaumentare della temperatura
  seguendo la legge di Wien.

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• Al crescere della temperatura aumenta anche
  lintensità delle radiazioni emesse alle varie
  lunghezze donda.

29

• La teoria di Maxwell prevedeva correttamente
  quale poteva essere la causa dellemissione.
• Non era coerente, però, con lo spettro ottenuto
  sperimentalmente.
• Ipotesi dei quanti di Planck
• Prevede correttamente landamento delle intensità
  delle radiazioni di un corpo nero.

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• È necessario ammettere che lenergia distribuita
  tra le cariche elettriche oscillanti delle
  molecole non è continua ma discreta.
• Le quantità discrete di energia sono legate alla
  frequenza di oscillazione.

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Einstein(1879-1955)
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• Rifacendosi allidea dei quanti, Einstein propose
  una nuova teoria per la luce.
• Teoria quantistica della luce.
• Studio delleffetto fotoelettrico.
• Tale fenomeno risulta compatibile con la teoria
  ondulatoria della luce.

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• I risultati sperimentali, però, sono in netto
  contrasto con le previsioni elaborate a partire
  dalla teoria ondulatoria.
• Una corretta spiegazione è possibile solo
  assumendo che
• Lenergia trasportata dallonda sia concentrata
  in pacchetti o quanti di energia.

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• La quantità di energia trasportata dal quanto di
  luce dipende unicamente dalla frequenza.
• Aumentare lintensità significa solo aumentare il
  numero di fotoni per unità di superficie
  trasportati dal fascio, ma non variare la loro
  energia.

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Bohr(1885-1962)
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Lo spettro dellidrogeno

• Lidrogeno portato a elevate temperature emette
  onde EM con uno spettro a righe.
• Emissione
• UV
• Banda del visibile
• Infrarossi

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• Le onde emesse dagli atomi di idrogeno eccitati
  hanno un significato strutturale.
• Bohr elaborò un modello di struttura atomica
  adatto a spiegare gli spettri di emissione e
  assorbimento dellidrogeno.
• Egli pensò che anche gli elettroni perdono o
  assorbono energia solo per salti quantici.

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• Lo spettro di emissione a righe si origina nel
  momento in cui un elettrone passa da un livello
  superiore di energia ad un livello inferire
  emettendo un fotone.

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• La teoria di Bohr permette di spiegare, inoltre,
  lorigine degli spettri di assorbimento.
• Il modello atomico quantizzato prevede con
  precisione il valore dellenergia di ionizzazione
  dellidrogeno.

40
Compton(1892-1962)
41
Effetto Compton

• I raggi luminosi di breve lunghezza donda
  diffusi da una sostanza hanno frequenza più bassa
  rispetto al raggio incidente.
• La lunghezza donda dei fotoni diffusi dipende
  dallangolo con cui vengono deviati.

42

• Tale scoperta è spiegabile solo in termini di
  urti tra i fotoni e le molecole della sostanza.
• La teoria ondulatoria classica non dà ragione di
  questo fenomeno (la frequenza non dovrebbe
  cambiare).

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Dualismo onda-particella

• La teoria corpuscolare della luce viene posta su
  solide basi sperimentali da
• Effetto fotoelettrico
• Emissione e assorbimento di spettri a righe
• Effetto Compton

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• La teoria ondulatoria trova un importante
  fondamento negli esperimenti sullinterferenza e
  la diffrazione.
• Entrambe le teorie sono valide.
• È necessario, per avere la piena comprensione di
  un fenomeno legato alla luce, tenere presenti
  entrambi gli aspetti, corpuscolare e ondulatorio.

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Astronomia
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• La composizione chimica delle stelle viene
  determinata attraverso lanalisi della posizione
  e dello spessore delle righe negli spettri di
  emissione.
• I gas compressi ad alta temperatura emettono
  spettri continui.
• I gas dellatmosfera stellare assorbono
  determinate lunghezze donda.

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• Allo spettro di emissione continuo della stella
  si sovrappone quello di assorbimento a righe
  dellatmosfera stellare.
• Gli spettri stellari sono suddivisi in tipi
  spettrali in base a particolari affinità.
• Le caratteristiche delle classi spettrali variano
  in base al colore con cui appare una stella.

48

• Il colore di una stella dipende dalla sua
  temperatura superficiale in accordo con la legge
  di Wien.
• Le stelle vengono classificate attraverso classi
  spettrali in base alla loro temperatura
  superficiale che condiziona il colore e le
  caratteristiche dello spettro.

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• Classi spettrali (in ordine decrescente di
  temperatura) O, B, A, F, G, K, M.
• Nellantichità le stelle venivano classificate in
  base alla luminosità, la quale veniva considerata
  funzione della grandezza.
• Lo splendore di una stella, in realtà, dipende
  dalla sua distanza dallosservatore.

50

• Per poter determinare le dimensioni effettive di
  un astro è necessario considerare la luminosità
  intrinseca calcolata attraverso la legge di
  Stefan-Boltzmann.
• Le stelle che appartengono alla stessa classe
  spettrale hanno luminosità intrinseca, quindi
  magnitudine assoluta, uguale.

51

• Il diagramma H-R rappresenta le stelle,
  indipendentemente dal momento della loro origine,
  considerando la temperatura e la luminosità.

52

• Il diagramma H-R viene utilizzato anche per lo
  studio di ammassi di stelle originatesi
  contemporaneamente e legate gravitazionalmente.

53

• Ammassi aperti

54

• Ammassi globulari

55

• Lo studio degli spettri è molto utile anche per
  misurare la velocità con cui si muovono le
  galassie.
• La luce proveniente da una sorgente in moto viene
  percepita di colore diverso rispetto al colore
  percepito se la sorgente fosse ferma (effetto
  Doppler ottico).

56
Letteratura italiana
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Giosuè Carducci(1835-1907)
58
Pianto Antico

• Lalbero a cui tendevi
• la pargoletta mano,
• il verde melograno
• da bei vermigli fior,
• nel muto orto solingo
• rinverdì tutto or ora
• e giugno lo ristora
• di luce e di calor.
• Tu fior de la mia pianta
• Percossa e inaridita,
• tu de linutil vita
• estremo unico fior,
• sei ne la terra fredda,
• sei ne la terra negra
• né il sol più ti rallegra
• né ti risveglia amor.

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• La tematica centrale della poesia è lopposizione
  luce-ombra che rispecchia lopposizione
  vita-morte.
• La luce e il calore rappresentano la vitalità
  della natura primaverile.
• Il buio e il freddo simboleggiano il dramma
  vissuto dal poeta dopo la morte del figlio.

60

• La negazione della luce rappresenta la condizione
  della morte.
• La morte è caratterizzata dalla mancanza di
  gioia, dal buio e dal silenzio.

61
Giuseppe Ungaretti(1888-1970)
62
Mattina

• Millumino
• dimmenso

63

• Il poeta viene investito da una luce violenta che
  riverbera nello spazio.
• In quel momento luomo partecipa della vita del
  tutto e il relativo si identifica con linfinito.
• Lineffabile viene rappresentato attraverso un
  improvviso bagliore.

64

• La parola che sfiora la totalità dellessere
  viene collocata nel vuoto, nel silenzio.
• Lo splendore della luce mattutina trasmette una
  sensazione di pienezza di vita.
• Il poeta effettua unassociazione interiore tra
  luce solare e immensità del tutto.

65
Eugenio Montale(1896-1981)
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I Limoni

• Ma lillusione manca e ci riporta il tempo
• nelle città rumorose dove lazzurro si mostra
• soltanto a pezzi, in alto, tra le cimase.
• La pioggia stanca la terra, di poi saffolta
• il tedio dellinverno sulle case,
• la luce si fa avara amara lanima.
• Quando un giorno da un malchiuso portone
• tra gli alberi di una corte
• ci si mostrano i gialli dei limoni
• e il gelo del cuore si sfa,
• e in petto ci scrosciano
• le loro canzoni
• le trombe doro della solarità.

67

• La realtà fenomenica nega alluomo qualsiasi
  verità.
• Nella poesia I Limoni il profumo dei limoni
  assume una funzione salvifica.
• Luomo può intravedere il mistero dellessere
  solo quando la natura, immersa nel silenzio, si
  trova in una condizione di sospensione.

68

• La natura permette alluomo di andare oltre
  lapparenza solo per errore.
• Il processo conoscitivo è affannoso e conduce ad
  un risultato illusorio.
• Luomo immerso nel rumore delle città si trova in
  una condizione di tedio.

69

• Il giallo dei limoni, intravisto da un portone
  socchiuso, riporta luce e calore nella vita
  delluomo, i quali simboleggiano la gioia di
  vivere e la parziale rinascita dellanima.

70
Letteratura inglese
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William Shakespeare(1564-1616)
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• Juliet is for Romeo the fair sun, which, with its
  light, fulfils his heart.
• Also the moon became envious of Juliets bright
  beauty.
• Her eyes are like two stars.
• Romeos passion and love made Juliet a bright
  angel, a shining star.

73

• In Macbeth there is the dualism between darkness
  and light.
• The Evil (crimes and punishment) occurs always
  during the night.
• The finel battle of liberation is in the daylight.

74

• At the end Lady Macbeth always brings with her a
  taper.
• The light of the candle means for her the quest
  for the redemption from her guilts.
• The light of a brief candle represents also, for
  Macbeth, the metaphor of life short, without any
  meaning.

75
William Blake(1757-1827)
76
(No Transcript)
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• Songs of Innocence
• Light
• Childhood
• Happiness
• Freedom
• Imagination
• Lamb

• Songs of Experience
• Darkness
• Adulthood
• Evil
• Chaos
• Fear
• Tyger

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• Evil represented in the poem London
• Described during the night
• Everything is black for the heavy pollution
• Degradation, woe
• Oppression of the society deprives men of the
  light of innocence

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The Chimney sweeper

• Live surrounded by black soot
• In te dream they are locked in black coffins
• When he awakes he retourns to the darkness

• His purity is symbolized by his white hair
• Angel with a bright key makes them free.
• They could play in the light of the sun

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Arte
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Edward Hopper(1882-1967)
82
Nighthawks
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Chop Suey
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Summertime