Academic literature on the topic 'Emissione Corpo Nero'

Il presente elaborato si propone di illustrare un modello teorico di radiazione termica, quello di Corpo Nero, descrivendo i passi che permisero di definirne le proprietà. Successivamente vengono analizzati alcuni oggetti astrofisici ai quali tale modello può essere applicato.

Lo scopo di questo elaborato è quello di fornire le informazioni basilari sulla teoria del corpo nero e studiarne alcune applicazioni astrofisiche. Nella prima parte del lavoro, dopo avere richiamato alcune nozioni fondamentali inerenti il trasporto radiativo, viene introdotto il concetto di corpo nero e ne viene analizzata la termodinamica. Segue lo studio dettagliato della funzione di Planck con le annesse dimostrazioni della legge di Stefan-Boltzmann e della legge dello spostamento di Wien e la descrizione delle approssimazioni di Rayleigh-Jeans e di Wien. Nella seconda parte vengono analizzati gli esempi astrofisici delle stelle e della radiazione cosmica di fondo (CMB) come approssimazioni di corpo nero.

La trattazione è suddivisa in due parti. Nella prima si definisce che cosa è un Corpo Nero, si studia il problema di come la radiazione elettromagnetica di un corpo possa raggiungere l’equilibrio termico e si espone il teorema di Kirchhoff. Si riportano, quindi, le leggi empiriche di Wien e di Stefan -Boltzmann ricavate dall'osservazione della radiazione di corpo nero e si illustrano i tentativi di giustificare teoricamente tali leggi. Viene riportato il ragionamento di Rayleigh e Jeans basato sulla fisica classica, seppure errato a determinate frequenze, con lo scopo di sottolineare l'impatto che ha avuto la teoria della quantizzazione dell’energia nella Fisica del Novecento (e in quella di oggi) con la nascita della Meccanica Quantistica. L’ipotesi di Planck, infatti, permette di ricavare una legge che descrive correttamente la radiazione di corpo nero, in perfetto accordo con i risultati osservativi. Si studiano infine lo spettro della radiazione di corpo nero e le sue approssimazioni alle alte e alle basse frequenze. Nella seconda parte, vengono prese in esame alcune applicazioni astrofisiche dell’emissione di corpo nero. In particolare, si tratta il caso delle stelle, quello della Radiazione Cosmica di Fondo e infine si fanno dei cenni sulla teoria dei Nuclei Galattici Attivi (AGN).

Nel presente compendio saranno esposti, passando per un breve inquadramento storico, la genesi del concetto di Corpo Nero, una sua prima definizione offerta dal fisico G Kirchhoff, la soluzione della quantizzazione di Planck per ovviare al fenomeno della Catastrofe Ultravioletta derivante dall’approccio classico di Rayleigh e Jeans e la determinazione dello spettro di Corpo Nero con relative proprietà e leggi che ne regolano l’andamento. Saranno infine presentate alcune applicazioni in ambito astrofisico del modello di Corpo Nero, discutendone le relative caratteristiche che li discostano dall’oggetto teorico, in particolare: Stelle e Radiazione Cosmica di Fondo.

L'obiettivo del seguente elaborato è descrivere un modello teorico di radiazione termica, il corpo nero, e analizzare alcuni oggetti astrofisici a cui tale modello può essere applicato. Nel primo capitolo viene illustrata l'evoluzione del concetto teorico di corpo nero per giungere alla determinazione dello spettro di emissione da parte di Planck. In particolare, viene mostrato come l'ipotesi quantistica risolva il problema della catastrofe ultravioletta riscontrato tramite l'approccio classico di Rayleigh e Jeans. Nel secondo capitolo viene descritta la radiazione di alcuni corpi celesti che emettono per corpo nero, quali le stelle e la radiazione cosmica di fondo.

“Per me la Fisica costituisce un sistema perfettamente armonioso ed essenzialmente completo. All’orizzonte scorgo solamente due piccole nubi oscure: il risultato negativo dell’esperienza di Michelson e Morley e l’insufficienza della legge di Rayleigh e Jeans se applicata alle frequenze dell’ultravioletto” Con questa frase William Thomson Kelvin delineava, sul finire dell’800, i tratti di una Fisica fondata su solide basi che consentisse di spiegare i fenomeni di natura meccanica per mezzo delle Leggi della Dinamica di Newton e descrivesse le proprietà del campo elettromagnetico grazie alle Equazioni di Maxwell. Tuttavia, come riferisce lo stesso Lord Kelvin, rimaneva qualcosa di inspiegato: i due risultati mancanti sino ad allora diedero origine ad una vera e propria rivoluzione nel campo della Fisica. Grazie all’esperienza di Michelson e Morley, in disaccordo con quanto previsto dalla Meccanica Classica, Albert Einstein nel 1905 fu in grado di estendere i risultati della Relatività Galileiana ad eventi che coinvolgono velocità prossime a quella della luce; dall’altro lato, Max Planck nel 1900 pose le basi della Meccanica Quantistica, ipotizzando la quantizzazione dell’Energia, studiando la radiazione di Corpo Nero. Definendo il Corpo Nero come un oggetto ideale la cui superficie è in grado di assorbire qualsiasi radiazione elettromagnetica incidente su di esso, in questo compendio saranno esposti il processo che ha indotto lo scienziato tedesco Gustav Robert Kirchhoff all’idealizzazione di tale concetto, la soluzione della quantizzazione di Planck per ovviare al fenomeno della Catastrofe Ultravioletta derivante dall’approccio di Rayleigh e Jeans e la determinazione dello Spettro di Corpo Nero con le relative proprietà, Leggi empiriche che ne regolano l’andamento. Verranno inoltre presentati alcuni esempi astrofisici reali le cui emissioni rispecchiano l’andamento del Corpo Nero e se ne discuteranno le relative caratteristiche che li discostano dall’oggetto teorico.

Questo elaborato si propone di descrivere il modello teorico per la radiazione termica di Corpo Nero, e di illustrarne alcune applicazioni astrofisiche. Nel primo capitolo verrà discusso il concetto teorico di Corpo Nero: partendo dal teorema di Kirchhoff, che dimostra come per questo modello si stabilisca un ben definito spettro di energia. A seguire si esporranno brevemente le leggi empiriche di Stefan-Boltzmann e Wien. Dopodiché si passerà alla determinazione dello spettro di Corpo Nero. Prima analizzando la trattazione classica proposta da Rayleigh e Jeans, e successivamente quella quantistica proposta da Planck. Quest’ultima garantisce una soluzione al problema della catastrofe ultravioletta prevista dal modello classico, e getta le basi per la nascita della Teoria Quantistica. Infine si dimostra come la legge ricavata la Planck soddisfi le sopracitate leggi empiriche. Nel secondo capitolo saranno esposte le principali applicazioni astrofisiche del modello teorico di Corpo Nero. In particolare per quanto riguarda gli spettri delle stelle, e la Radiazione Cosmica di Fondo (CMB).

In questo elaborato si parlerà delle caratteristiche delle galassie ellittiche e dei loro principali processi di emissione, focalizzandosi in particolare sulle galassie ellittiche normali. Dopo una breve introduzione riguardante la classificazione morfologica delle galassie, si passerà alle leggi fondamentali empiriche che vigono per le galassie ellittiche: la legge di Sérsic, la legge di Faber-Jackson e la legge di Kormendy; queste ci offrono una relazione tra luminosità, dispersione di velocità e raggio effettivo che ci permette di porre tutte le ellittiche su un unico Piano, detto Fondamentale. In seguito si parlerà dei due processi di emissione principali che ne caratterizzano lo spettro. Lo spettro ottico è dominato dalla radiazione delle stelle, pertanto si tratterà il Corpo Nero e le leggi ad esso associate. Lo spettro X è invece dovuto alla presenza di gas ionizzato che emette per Bremsstrahlung: verrà quindi descritto in dettaglio questo processo, analizzandolo dal singolo evento ione-elettrone al caso generale del plasma termico reale. Infine si farà un brevissimo accenno alle Radiogalassie.