Laboratorio Elettra

1. Laboratorio Elettra

2. CONCETTI FONDAMENTALI PRESENTAZIONE LABORATORIO ELETTRA

3. ATOMO FORZE CAMPI INTERAZIONI TRA MASSE PRINCIPI DELLA DINAMICA I MOTI ESPERIMENTO INDIETRO

4. elettroni nucleo Atomi L’atomo è la più piccola parte di un elemento Entrambi presenti nel nucleo Protoni (positivi) Neutroni (neutri) Elettroni (negativi) disposti intorno al nucleo secondo livelli energetici Le particelle principalmente utilizzate negli acceleratori sono gli elettroni e i positroni (anti-elettroni) AVANTI

5. Atomo ed assorbimento/ emissione energia 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) Dove h è una costante (detta di Plank) e n è la frequenza E = h *n ANIMAZIONE APPROFONDIMENTO SULLA FREQUENZA INDIETRO

6. L’ELETTRONE TENDERA’ POI A TORNARE ANIMAZIONE N VIENE FORNITA ENERGIA VIENE LIBERATA ENERGIA INDIETRO

7. Frequenza e lunghezza d'onda Ogni radiazione ha una frequenza e una lunghezza d’onda particolari La frequenza come grandezza fisica corrisponde all’inverso del tempo n =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 ANIMAZIONE INDIETRO

8. OSCILLAZIONE START INDIETRO

9. Forza forte Forza debole Forza elettro-magnetica Forza gravitazionale Forze GUT Forza elettrodebole Teoria del tutto GeV 102 1015 1019 INDIETRO

10. APPROFONDIMENTO SUI CAMPI CAMPI MAGNETICI CAMPI ELETTRICI • elettrici : accelerano le particelle cambiando il modulo; • magnetici : accelerano le particelle cambiando la loro direzione. INDIETRO

11. IL CAMPO 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

12. - + m LINEE DI CAMPO • le linee sono punto per punto tangenti al vettore campo; • 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 uscenti • Per quella negativa entranti. • Se invece abbiamo una massa solo entranti perché le masse possono solo attrarsi, non respingersi. AVANTI

13. + + + Non sono vettori, rappresentano la successione di punti di applicazione del vettore. CAMPO PIU’ INTENSO Più sono le linee più è intenso il campo. INDIETRO

14. armatura positiva + armatura nagativa - V armatura positiva + armatura nagativa - Campo Elettrico Nel campo una particella viene accelerata nella direzione delle linee di campo. - + Cliccare per l’animazione Cliccare per la 2a l’animazione APPROFONDIMENTO: CONDENSATORE - + 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. INDIETRO

15. campo visto dall'alto campo visto dal basso X X X X X X X X X X X X O O O O Campo entrante Campo uscente e- O O O O O O O O e- RAFFIGURAZIONE CAMPO MAGNETICO Cliccare per far partire la 2a animazione Cliccare per far partire l’animazione 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. AVANTI

16. COME GENERARE I CAMPI MAGNETICI? Campi magnetici generati dal passaggio di corrente in un filo conduttore Magneti naturali (calamite) ESEMPIO INDIETRO

17. Elettromagnete 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. 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. INDIETRO

18. m1 F2(1) F1(2) m2 C m INTERAZIONI TRA MASSE 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

19. 1 Generatore di Van Der Graaf ESPERIMENTO 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. INDIETRO SPIEGAZIONE

20. Spiegazione 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+ 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 INDIETRO

21. armatura positiva + armatura nagativa - CONDENSATORE 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. DV La differenza di potenziale è in grado di accelerare una carica. INDIETRO

22. I moti M.R.U. (moto rettilineo uniforme) M.R.U.A. (moto rettilineo uniformemente accelerato) M.C.U (moto circolare uniforme) INDIETRO

23. Moto Rettilineo Uniforme (M.R.U.) Un moto è R.U. quando la traiettoria è rettilinea e la velocità è costante. GRAFICI del M.R.U. AVANTI

24. 1° Principio della dinamica:  Fest = 0 DS Dt = V DS V = Dt DS = V* Dt Formule del M.R.U. INDIETRO

25. V S t t Grafici del M.R.U. INDIETRO

26. Moto Rettilineo Uniformemente Accelerato (M.R.U.A.) Un moto è R.U.A quando segue una traiettoria rettilinea e la sua velocità cambia uniformemente in modulo. GRAFICI del M.R.U.A. AVANTI

27. DV = a*Dt DV a= Dt F m= a DV F = m*a Dt = a F a= m Formule del M.R.U.A. Vf2 - Vi2 = 2aDS 2° Principio della dinamica: Fest = m * a L = F DS DS = 1/2 a* Dt + V0*Dt INDIETRO

28. V DV t a t t Grafici del M.R.U.A. INDIETRO

29. VA VD VB VC Moto Circolare Uniforme (M.C.U.) 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 D C AVANTI

30. Spiegazione 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” AVANTI ANIMAZIONE

31. TRAIETTORIA SEGUITA INDIETRO

32. -Va Va DV DV lim DV aist = DS VB Dt 0 Dt VB L'accelerazione e la velocità nel M.C.U. A AB = vettore spostamentoDS H L’accelerazione tende ad avere la direzione del raggio (verso il centro della circonferenza) B C K PERCHE’ L’ACCELERAZIONE TENDE AD AVERE LA DIREZIONE DEL RAGGIO??? AVANTI

33. B K A Va DV DV B VB H C VB VB VB Spiegazione DV se B si avvicina sempre di più al triangolo AHK tende ad essere sempre più piccolo. Cliccare per far avvicinare B ad A. Il triangolo tende a essere perpendicolare Il verso di DV tende ad essere perpendicolare alla tangente Quindi tende ad avere la direzione del raggio Poiché l’accelerazione è un prodotto vettoriale che deriva dalla velocità anche essa tende ad essere perpendicolare alla tangente INDIETRO

34. DS A lim V r Dt Dt 0 H -Va B C K Va DV DV HAK≈ ACB lim lim DV DS DS aist = Vist = VB Dt 0 Dt 0 Dt Dt V * DS DV = r VB V2 V a = *V = lim V = a = = r r Dt 0 r V*DS r DS lim Dt 0 Dt Dt VA = VB DV : V = DS : r Coincide con la velocità istantanea della velocità fuori dal limite AVANTI

35. 2rP VP =  2rA VA=  V è costante in modulo quindi il quoziente tra spazio percorso e tempo impiegato a percorrerlo sempre uguale P Se si muove OP, anche A si muove. Poiché A e P si muovono insieme, passa lo stesso tempo quindi rimane invariato. A P o A VP > VA Perché il raggio di P è maggiore del raggio di A rP = rP Pèrchè  è uguale per entrambe INDIETRO

36. ° 1 Principio 2 Principio ° 3 Principio ° Principi della Dinamica INDIETRO

37. Fest = 0 1° Principio della Dinamica Se su un corpo agiscono forze equilibrate, il corpo permane in uno stato di inerzia. INDIETRO

38. Fest = m * a 2° Principio della Dinamica Se su un corpo agiscono forze non equilibrate, il corpo il corpo si muove con un’accelerazione (variazione di velocità). INDIETRO

39. 3° Principio della Dinamica Ad ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria. La validità del 3° principio è generale; esso è valido in qualsiasi interazione, anche se questa non implica necessariamente contatto (es: gravità) ANALISI IMMAGINE INDIETRO

40. 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

41. CHE COS’E’ ELETTRA LA STORIA SUDDIVISIONE INDIETRO

42. che cos'è elettra ELETTRA E’ UN LABORATORIO PER LA PRODUZIONE DI LUCE DI SINCROTRONE DI TERZA GENERAZIONE (UNO DEI MIGLIORI IN CIRCOLAZIONE) In questo laboratorio si effettua RICERCA APPLICATA: cioè gli esperimenti proposti devono essere finalizzati a qualcosa. Inoltre, ogni esperimento proposto non può avere fini applicativi bellici. INDIETRO

43. STORIA 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

44. SUDDIVISIONE • Questo laboratorio si divide in 3 parti: • Gli edifici esterni: sono edifici tecnici come officina meccanica, torri di raffreddamento, trasformatori della sottostazione elettrica, etc… • Area sperimentale: esterna all’anello (che è circondato da blocchi di cemento).Qui arriva il prodotto degli elettroni. • Sala computer :laboratorio di controllo. AVANTI

45. L'acceleratore • L’acceleratore è diviso in 2 parti: • Acceleratore lineare ( L-LINAC ) • Acceleratore circolare L-Linac cavità risonanti ad alta frequenza (8) acceleratore circolare sorgente di elettroni (filo lampadina) AVANTI

47. L-LINAC 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

48. L-Linac CAMPO ELETTRICO Sorgente di elettroni START INDIETRO

49. SINCROTRONE 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

50. 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