Comment l'effet de Compton de la lumière de longueur d'onde explique changement

Bien que Max Planck et Albert Einstein ont postulé que la lumière pouvait se comporter comme la fois une onde et une particule, il était Arthur Compton qui a finalement prouvé que cela était possible. Son expérience a consisté à la diffusion des électrons photons, comme la figure ci-dessous, et a offert la preuve de ce que nous appelons aujourd'hui l'effet Compton.

La lumière incidente sur un électron au repos.
La lumière incidente sur un électron au repos.

La lumière incidente arrive avec une longueur d'onde

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et frappe l'électron au repos. Après cela se produit, la lumière est dispersée, comme vous le voyez ici:

Photon diffusion un électron.
Photon diffusion un électron.

Classiquement, voici ce qui devrait déjà arrivé: L'électron devrait avez absorbé la lumière incidente, oscillait, et émis - avec la même longueur d'onde, mais avec une intensité en fonction de l'intensité de la lumière incidente. Mais cela ne ce qui est arrivé - en fait, la longueur d'onde de la lumière est réellement changé par

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appelé le longueur d'onde changement. La lumière diffusée a une longueur d'onde de

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en d'autres termes, sa longueur d'onde est accru, ce qui signifie que la lumière a perdu l'énergie. Et

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dépend de l'angle de diffusion,

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pas de l'intensité de la lumière incidente.

Compton pourrait expliquer les résultats de son expérience seulement en faisant l'hypothèse qu'il a été vraiment affaire avec deux particules - un photon et un électron. Qui est, il traite la lumière comme une particule discrète, pas une vague. Et il a fait l'hypothèse que le photon et l'électron est entré en collision élastique - qui est, que les deux énergie totale et l'élan ont été conservés.

En faisant l'hypothèse que les deux la lumière et l'électron étaient particules, Compton alors calculé cette formule pour le quart de longueur d'onde (il est un calcul facile) si vous supposez que la lumière est représentée par un photon d'énergie

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et que son élan est

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h est la constante de Planck, me est la masse d'un électron, c est la vitesse de la lumière, et

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est l'angle de diffusion de la lumière.

Vous voyez également cette équation sous la forme équivalente:

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Et expérience confirme cette relation - les deux équations.

Notez que pour dériver le décalage de longueur d'onde, Compton a dû faire l'hypothèse que ici, la lumière a agi comme une particule, et non comme une vague. Autrement dit, la nature corpusculaire de la lumière était l'aspect de la lumière qui était prédominante.


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