Efekt Comptona a efekt fotoelektryczny
Efekt Comptona i efekt fotoelektryczny to dwa bardzo ważne efekty omówione w kontekście dualizmu cząstek falowej materii. Wyjaśnienia efektu Comptona i efektu fotoelektrycznego doprowadziły do powstania i potwierdzenia dualizmu cząstek falowej materii. Te dwa efekty odgrywają istotną rolę w takich dziedzinach, jak mechanika kwantowa, struktura atomowa, struktura sieci, a nawet fizyka jądrowa. Niezbędne jest właściwe zrozumienie tych dziedzin, aby osiągnąć sukces w takich naukach. W tym artykule omówimy, czym jest efekt fotoelektryczny i efekt Comptona, ich definicje, podobieństwa i wreszcie różnice między efektem Comptona a efektem fotoelektrycznym.
Co to jest efekt fotoelektryczny?
Efekt fotoelektryczny to proces wyrzucania elektronu z metalu w przypadku padającego promieniowania elektromagnetycznego. Efekt fotoelektryczny został po raz pierwszy prawidłowo opisany przez Alberta Einsteina. Falowa teoria światła nie opisała większości obserwacji efektu fotoelektrycznego. Fale padające mają określoną częstotliwość progową. Oznacza to, że bez względu na to, jak intensywne są fale elektromagnetyczne, elektrony nie zostałyby wyrzucone, gdyby nie miały wymaganej częstotliwości. Opóźnienie czasowe między padaniem światła a wyrzutem elektronów wynosi około jednej tysięcznej wartości obliczonej na podstawie teorii fal. Kiedy wytwarzane jest światło przekraczające częstotliwość progową, liczba wyemitowanych elektronów zależy od intensywności światła. Maksymalna energia kinetyczna wyrzuconych elektronów zależy od częstotliwości padającego światła. Doprowadziło to do konkluzji fotonowej teorii światła. Oznacza to, że światło zachowuje się jak cząsteczki podczas interakcji z materią. Światło przychodzi w postaci małych pakietów energii zwanych fotonami. Energia fotonu zależy tylko od częstotliwości fotonu. Istnieje kilka innych terminów zdefiniowanych w efekcie fotoelektrycznym. Funkcją pracy metalu jest energia odpowiadająca częstotliwości progowej. Można to uzyskać za pomocą wzoru E = hf, gdzie E to energia fotonu, h to stała Planka, a f to częstotliwość fali. Każdy system może pochłaniać lub emitować tylko określone ilości energii. Obserwacje wykazały, że elektron absorbowałby foton tylko wtedy, gdy energia fotonu wystarczyłaby do wprowadzenia elektronu do stanu stabilnego.
Co to jest efekt Comptona?
Efekt Comptona lub rozpraszanie Comptona to proces rozpraszania fali elektromagnetycznej z wolnego elektronu. Obliczenie rozpraszania Comptona pokazuje, że obserwacje można wyjaśnić tylko za pomocą fotonowej teorii światła. Najważniejszą z tych obserwacji była zmiana długości fali rozproszonego fotonu wraz z kątem rozpraszania. Można to wyjaśnić jedynie traktując falę elektromagnetyczną jako cząstkę. Głównym równaniem rozpraszania Comptona jest Δλ = λ c (1-Cosθ), gdzie Δλ to przesunięcie długości fali, λ c to długość fali Comptona, a θ to kąt odchylenia. Maksymalne przesunięcie długości fali występuje przy 180 0.
Jaka jest różnica między efektem fotoelektrycznym a efektem Comptona?
• Efekt fotoelektryczny występuje tylko w elektronach związanych, ale rozpraszanie Comptona występuje zarówno w elektronach związanych, jak i swobodnych; jednakże można to zaobserwować tylko w swobodnych elektronach.
• W efekcie fotoelektrycznym padający foton jest obserwowany przez elektron, ale w rozpraszaniu Comptona tylko część energii jest absorbowana, a reszta fotonu jest rozpraszana.
