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La crisi della fisica classica 2
Effetto Compton
L'effetto Compton è quel fenomeno fisico che si manifesta con l'interazione tra un fotone
ed un elettrone;il fotone colpisce l'elettrone fermo, cedendo energia e deviando dalla sua traiettoria originale.
Per spiegare questo fenomeno che risultava strano sulla base delle conoscenze classiche,
Compton prese spunto dalle nuove teorie riguardanti l’interpretazione quantistica delle radiazioni elettromagnetiche.
L'effetto Compton dimostra che la radiazione puo' comportarsi esattamente come una particella.
Questa particella di luce viene chiamata fotone e ciò fornisce una conferma ulteriore della lacunosità della fisica classica.
Questo fenomeno fornisce una definitiva conferma
del concetto di fotone come quanto di energia (in contraddizione con la fisica classica):
Il collegamento con tale teoria (dei quanti di energia) consiste nel fatto che affinchè avvenga lo sganciamento degli elettroni dall'atomo,è necessaria una ben determinata quantità di energia (un multiplo del quanto elementare); quindi se il fotone possiede abbastanza energia (che in base a questa teoria è funzione della sola frequenza)
può "sganciare" l’elettrone conservando parte dell’energia, che è verificabile per il fatto che ha una minore lunghezza d’onda.
La dimostrazione
fu data nel 1923 da Arthur Holly Compton (1892-1962)
che per questo suo lavoro nel 1927 ottenne il premio Nobel per la fisica.
L'esperimento originale consistette nell'inviare un fascio monocromatico di raggi X di lunghezza d'onda
l su un blocco di grafite e misurare per vari angoli di
diffusione, l'intensità dei raggi X in funzione della lunghezza d'onda.
Per quanto il fascio incidente abbia una sola lunghezza d'onda l,
i raggi X diffusi hanno picchi d'intensità a due lunghezza d'onda; uno di essi corrisponde
alla lunghezza d'onda incidente, l'altro alla lunghezza d'onda l' che
è superiore alla precedente della quantità Dl. Questo
Dl, chiamato spostamento Compton, varia col variare
dell'angolo a cui sono osservati i raggi X diffusi.
Teoria e Risultati sperimentali.
se indichiamo con j l’angolo di diffusione del fotone dopo l’urto con l’elettrone e
con Dl la differenza tra la
lunghezza d’onda del fotone prima e dopo l’urto sappiamo che:
dove c è la velocità della luce (circa 300 000 m/s), h è la costante di Plank (6,626
x 10-34 Js) e me è la massa dell’elettrone a riposo (9,108 x
10-31 Kg).
La quantità h/me c viene chiamata lunghezza d’onda Compton e ha valore
0,02428 Å per quanto riguarda l’elettrone.
[D. Halliday, R. Resnick]
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