Fisica: la legge di Bragg

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Difficoltà: media
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Introduzione

Ecco una semplice ed utilissima guida, mediante cui poter capire qualcosa di più sulla fisica ed in particolar modo sulla legge di Bragg, in modo tale da poterne sapere di più e poter utilizzare queste nozioni nel momento in cui ci serviranno! I cristalli, da un punto di vista teorico, sono formati da una successione di elementi chimici che si ripetono sempre con la stessa sequenza all'interno di una struttura geometrica regolare chiamata reticolo. Tale conformazione li rende molto affascinanti. Ma se oggi tale conoscenza è data per acquisita il merito è della dimostrazione fornita da William Henry Bragg, fisico e chimico britannico. Egli nel 1913 assieme al figlio William Lawrence, allora ventitreenne, studiò le interferenze d'onda dei raggi X (onde elettromagnetiche, come la luce visibile, solo con lunghezza d'onda diversa) che colpiscono la superficie dei cristalli. Gli esperimenti condotti dai Bragg condussero all'enunciato della legge fisica che ne porta il nome e valsero loro il premio Nobel nel 1915.
Buona lettura e buon divertimento a tutti voi, che inizierete a leggere questa guida, veramente utile!

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Occorrente

  • legge di bragg
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La particolare struttura dei cristalli crea piani paralleli, a profondità diverse, ciascuno dei quali riflette le radiazioni luminose che lo colpiscono, dando luogo al fenomeno della diffrazione. Un fascio di raggi X paralleli riesce a penetrare la struttura reticolare attraverso gli interstizi tra gli atomi ma, quando un raggio colpisce uno di questi, non riesce a proseguire in linea retta, rimbalza (per così dire, come le palle da biliardo sulla sponda) e la sua traiettoria viene deviata secondo un certo angolo di diffrazione.

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Limitiamo ora l'osservazione a due raggi e poniamo che uno dei due sia riflesso da un atomo superficiale mentre l'altro riesca a penetrare in parte il reticolo, come in figura. Appare evidente che il secondo percorre più strada del primo. Questa differenza dipende dalla profondità (d) dello strato dal quale è stato diffratto e si può calcolare applicando la trigonometria. Ne deriva la formula:
nl = 2d sen (q)
dove "n" indica un multiplo intero di "l", che è la lunghezza d'onda del raggio; "d" è il cateto del triangolo ABZ e "q" (più propriamente il "theta" greco) è l'angolo opposto ad AB. "nl" è l'effettiva distanza in più percorsa dal secondo raggio ed è pari al doppio di AB dato che AB = BC.

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Poiché tramite l'analisi di laboratorio si possono conoscere le modificazioni di intensità e angolazione del raggio riflesso rispetto a quello "originale", è possibile conoscere la misura di AB (quindi di "nl", suo doppio) e l'angolo di diffrazione q, si può ricavare "d". Siamo in grado quindi di misurare quella che è detta "distanza interplanare". Questo porta alla possibilità di indagare la struttura del reticolo cristallino e la sua composizione chimica. Ma ora la domanda: a cosa serve concretamente tutto questo?

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Per rispondere bisogna pensare al reticolo cristallino un po' come ad un'impronta digitale: una sequenza di atomi disposti in un certo modo identifica sempre un unico tipo di cristallo. Conoscerne la struttura vuol dire sapere di cosa è composto un oggetto, sapere se si tratta di sale o di un diamante, di un diamante vero o falso. Lo studio pionieristico dei Bragg negli ultimi cento anni è progredito e ormai l'analisi della diffrazione dei raggi X è applicata in molti campi, dalla biologia (per osservare la struttura del DNA) alla geologia e all'archeologia (studio della composizione chimica della ceramica antica per determinarne la provenienza geografica).
Leggendo questa guida, potremmo essere a conoscenza di tutto ciò che è utile per la Legge di Bragg. R>; Buona lettura e buon divertimento!.

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Consigli

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  • Saperne di più sulla Legge di Bragg, è veramente facile e veloce!
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