Loading presentation...

Present Remotely

Send the link below via email or IM

Copy

Present to your audience

Start remote presentation

  • Invited audience members will follow you as you navigate and present
  • People invited to a presentation do not need a Prezi account
  • This link expires 10 minutes after you close the presentation
  • A maximum of 30 users can follow your presentation
  • Learn more about this feature in our knowledge base article

Do you really want to delete this prezi?

Neither you, nor the coeditors you shared it with will be able to recover it again.

DeleteCancel

Efectul Compton

No description
by

Adelina Nicolov

on 3 November 2013

Comments (0)

Please log in to add your comment.

Report abuse

Transcript of Efectul Compton

Cuprins :
1.Arthur Holly Compton
2.Explicatia fenomenului Compton
3.Schema de principiu a montajului folosit de Compton
4.Efectul Compton
5.Importanta efectului
6.Explicatia fenomenului propusa de Compton
7.Comparatie intre efect fotoelectric si imprastierea Compton
8.Bibliografie
Arthur Holly Compton
Nascut la 10 septembrie 1892 – 15 martie 1962 a fost un fizician american, laureat al Premiului Nobel pentru Fizică (1927) pentru descoperirea efectului care îi poartă numele.
In primii ani la Princeton, Compton a conceput o metoda eleganta pentru a demonstra rotatia Pamantului, dar curand a inceput studiul in domeniul razelor X. El a demonstrat o teorie despre intensitatea reflectiei razelor X din cristale, ca mijloc de studiere a aranjamentului electronilor si atomilor, si in 1918 a inceput studiul imprastierii razelor X.
Efectul Compton
În fizică, efectul Compton sau împrăștierea Compton reprezintă scăderea energiei (și creșterea lungimii de undă) a unui foton de raze X sau gama, la interacțiunea acestuia cu substanța. Există și împrăștierea Compton inversă, unde fotonului îi crește energia (scăzându-i lungimea de undă) la interacțiunea cu materia. Cantitatea cu care se mărește lungimea de undă se numește deplasare Compton. Deși există și împrăștiere Compton nucleară, efectul Compton se referă de regulă la interacțiunea care implică doar electronii unui atom.
Efectul Compton
Aceasta a condus, in 1922, la desoperirea sa asupra cresterii lungimilor de unda a razelor X datorita imprastierii radiatiilor incidente ale electronilor liberi, care sugereaza ca, cuantele imprastiate au mai putina energie decat cuantele razei originale.Acest efect, astazi cunoscut drept "efectul Compton", care ilustreaza clar conceptul particulelor radiatiilor electromagnetice, a fost aprofundat dupa de catre C. T. R. Wilson care, in camera cu nori,a putut demonstra prezenta urmele electronilor ricosati.
Schema de principiu a montajului folosit de Compton
Importanța efectului constă în faptul că demonstrează că lumina nu poate fi explicată doar ca fenomen ondulatoriu.
Pentru a explica împrăștierea Compton, lumina trebuie să se comporte ca și cum ar fi compusă din particule. Experimentul lui Compton a convins fizicienii că lumina se poate comporta ca un flux de particule a cărui energie este proporțională cu frecvența radiației.Interacțiunea între electroni și fotoni de mare energie are ca rezultat primirea de către electron a unei părți din energie, și emiterea unui foton care conține restul de energie într-o direcție diferită de cea a originalului, astfel încât impulsul total al sistemului să se conserve.
Dacă fotonul mai are suficientă energie, procesul poate fi repetat. Dacă fotonul are suficientă energie, poate elibera complet un electron de pe orbita atomică (proces cunoscut sub numele de efect fotoelectric).
Efectul descoperit de către Arthur Holly Compton constă în modificarea
lungimii de undă a razelor X sau γ, împrăştiate de substanţe care conţin atomi de la
începutul sistemului periodic (grafit, parafină – în general substanţe care au
electroni slab legaţi).

Punerea în evidenţă a fenomenului se face cu o schemă experimentală, care
conţine : o sursă monocromatică de radiaţii X sau γ , o fantă practicată în blocuri
de plumb (pentru a selecta un fascicul extrem de îngust), o substanţă de tip grafit
(sau parafină) şi un spectrograf cu cristal (S), care permite analiza spectrală a
radiaţiei difuzate în funcţie de unghiul θ.
Observaţiile experimentale care au însoţit efectuarea măsurătorilor au fost
următoarele :
a) Compton a constatat că în radiaţia X sau γ , împrăştiată în urma
interacţiei cu anumite substanţe, precizate mai sus, apare suplimentar şi o radiaţie
având o lungime de undă mai mare decât lungimea de undă iniţială : λ > λ0 .
b) Mărimea Δλ = λ - λ0 nu depinde de lungimea de undă iniţială a radiaţiei
incidente şi de natura materialului, ci numai de mărimea θ (numit unghi de
împrăştiere) : Δλ = f(θ) ; atunci când θ = 0 se constată că Δλ = 0 , iar atunci când
θ = π se observă că Δλ este maxim.
c) In zona de dincolo de substanţa care produce împrăştierea apar electroni
relativişti.
A. Tratare clasică
Teoria ondulatorie spune că împrăştierea luminii de către obiecte în vizibil (difracţie) are loc fără schimbarea lungimii de undă. Prin urmare modificarea lungimii de undă nici nu ar trebui să existe.

B. Explicaţie fotonică :
In studiul efectului Compton se porneşte de la premiza că numai o parte din energia fotonului incident este transmisă electronului.
Fenomenul se constituie într-o interacţiune elastică (cu schimb de energie şi schimb de impuls, respectându-se legile de conservare corespunzătoare) dintre fotoni (de energie mare) şi electroni slabi legaţi de atomi (consideraţi aproximativ liberi).
O comparaţie între efectul fotoelectric şi împrăştierea Compton
Atât efectul fotoelectric, cât şi efectul Compton fac referire la interacţiuni dintre radiaţia electromagnetică şi electroni, ambele putând fi explicate doar luând în considerare natura corpusculară a undelor electromagnetice.
Efectele sunt diferite deoarece, dacă în cazul undelor electromagnetice din zona spectrului vizibil fotonul îşi transferă întreaga energie electronului, în cazul razelor X radiaţia Roentgen incidentă este împrăştiată la contactul cu electronul, fenomen însoţit de creşterea lungimii de undă a fotonului difuzat
Energia iniţială a fotonului incident este transformată în energie cinetică a electronului de recul şi în energie de natură electromagnetică, asociată fotonului rezultat în urma împrăştierii, cu o valoare mai mică (corespunzătoare unei lungimi de undă mai mari). O cuantă de energie mare (λ corespunzător razelor X) este înlocuită de una cu energie mai puţină (λ' >λ), iar diferenţa de energie este responsabilă pentru reculul electronului slab legat.

În cazul razelor X energia unei cuante este mult mai mare decât energia care ţine electronul legat de atomul din materialul solid. Electronul este dislocat din structura solidului într-un fenomen similar unei ciocniri elastice, fenomen pe care îl putem privi prin prisma conservării energiei şi impulsului particulelor implicate în respectiva interacţiune. În cadrul ambelor fenomene (efectele fotoelectric şi Compton) radiaţia electromagnetică manifestă proprietăţi care nu pot fi explicate în mod consistent decât considerând-o ca fiind formată din particule energetice - fotonii - corpusculi cu energie şi impuls proprii şi care se supun legilor de conservare a acestor mărimi.

Explicaţia propusă de Compton

Conform teoriei clasice, undele electromagnetice incidente ar trebui să provoace oscilaţia electronului cu o frecvenţă egală cu a radiaţiei Roentgen. Pe cale de consecinţă, electronul ar trebui să radieze energie de aceeaşi frecvenţă cu cea a radiaţiei Roentgen incidente. Numai că experimentul lui Compton a arătat că o parte a radiaţiei difuzate are lungimi de undă mai mari decât radiaţia incidentă. Fenomenul nu putea fi explicat exclusiv pe baza teoriei clasice, aşa cum fusese cazul şi cu radiaţia corpului negru sau cu efectul fotoelectric.
Relaţia aceasta se respectă indiferent de materialul folosit, ceea ce indică faptul că fenomenul observat descrie o proprietate a constituenţilor de bază ai materiei, iar nu una a vreunei anume substanţe. Ulterior au fost explicitate matematic legile de conservare a energiei şi impulsului la ciocnirea dintre raza X incidentă (corpusculul incident) şi electronul slab legat în structura cristalului de grafit folosit. Calculele matematice efectuate pe baza ecuaţiilor de conservare a energiei şi impulsului în sistemul descris de figura de mai sus au condus la o formulă foarte asemănătoare:
λ - lungimea de undă a fotonului incident
λ' - lungimea de undă a fotonului după împrăştiere
me - masa electronului
θ - unghiul sub care se schimbă direcţia de deplasare a fotonului (unghiul de difuzie)
h - constanta lui Planck
c - viteza luminii.
Bibliografie :
1.http://www.physics.pub.ro/Cursuri/Vasile_Popescu_-_Fizica_2_2008/curs6.pdf
2.http://www.youtube.com
3.http://en.wikipedia.org
Tubul T folosit de Compton a avut anticatodul confectionat din molibden . A reprezentat grafic intensitatea radiatiilor in functie de lungimea de unda pentru diferite unghiuri de difuzie folosind acelasi radiator .
Apoi a reprezentat grafic intensitatea radiatiilor in functie de lungimea de unda pentru radiatoare confectionate din substante diferite pentru acelasi unghi de difuzie .
Observand graficele Compton a stabilit urmatoarele legi :
1) In radiatia difuzata apare o lungime de unda λ diferita de cea incidenta λo ( λ > λo)
2) Deplasarea creste odata cu cresterea unghiului de difuzie ;
3) Odata cu cresterea unghiului de difuzie intensitatea radiatiei nedeplasate scade , iar a radiatiei deplasate creste

4) Pastrand unghiul de difuzie neschimbat , valoarea deplasarii nu depinde de natura radiatorului ;
5) Cand unghiul de difuzie e neschimbat , odata cu cresterea numarului atomic al elementului din care este alcatuit radiatorul , intensitatea radiatiei nedeplasate creste , iar a radiatiei deplasate scade .
Pentru a putea explica aceste rezultate experimentale Compton a considerat ca radiatiile X sunt de natura corpusculara , deci sunt formate dintr-un flux de fotoni cu energia hνo . Un electron foarte slab legat de atom ( electronii atomilor usori sau ai paturii periferice a unui atom greu pot fi considerati electroni liberi ) interactioneaza cu un foton incident . In urma interactiunii o parte din energia fotonului incident este transmisa electonului , energia fotonului difuzat devine mai mica decat energia fotonului incident , iar electronul va avea un recul .
Proiect realizat de:
Balan Andreea
Nicolov Adelina
Full transcript