NexTutor
Wirtualne laboratorium/Fizyka/Fizyka atomowa/Efekt Comptona — foton ma pęd
Nobel 1927 — Compton

Efekt Comptona — foton ma pęd

Rozszerzenie tematu dualizmu i fotonu. Foton rozprasza się na elektronie i oddaje mu część pędu, przez co jego długość fali rośnie: Δλ=(h/m_e·c)(1−cosθ). To dowód korpuskularnej natury światła — foton ma pęd (Compton, Nobel 1927).

Fizyka · Fizyka atomowa · Efekt Comptona (FIZ.ATOM.PP.05)
Kąt rozproszenia fotonu θ\theta45 °
Po rozproszeniu na elektronie długość fali fotonu…
kąt θ
45°
przesunięcie Δλ
0.71 pm
długość λ'
71.81 pm
energia E'
17.27 keV

Co się właśnie stało?

Foton promieniowania rentgenowskiego uderzył w swobodny elektron jak kula bilardowa. Oddał mu część pędu i energii, więc odbił się „słabszy" — o mniejszej energii, a więc o większej długości fali. To jest efekt Comptona.

Przesunięcie comptonowskie:

Δλ=λλ0=hmec(1cosθ)\Delta\lambda = \lambda' - \lambda_0 = \frac{h}{m_e c}\,(1-\cos\theta)

— wzrost długości fali zależy tylko od kąta rozproszenia θ\theta, a nie od długości fali padającej. Stała λC=h/(mec)2,43 pm\lambda_C = h/(m_e c) \approx 2{,}43\ \text{pm} to comptonowska długość fali elektronu. Ponieważ 1cosθ01-\cos\theta \ge 0, zawsze Δλ0\Delta\lambda \ge 0 — foton nigdy nie zyskuje energii.

Skrajne przypadki:

Dla θ=0\theta = 0^\circ (foton leci dalej prosto) Δλ=0\Delta\lambda = 0 — brak zderzenia. Dla θ=180\theta = 180^\circ (odbicie do tyłu) przesunięcie jest największe: Δλ=2λC\Delta\lambda = 2\lambda_C, bo elektron dostaje maksymalny pęd.

Dlaczego to jest ważne?

Fala nie potrafi „zderzać się" i przekazywać pędu jak cząstka. To, że rachunek zderzenia się zgadza, dowodzi, że foton ma pęd p=h/λp = h/\lambda i zachowuje się jak cząstka. Efekt Comptona to jeden z filarów dualizmu korpuskularno-falowego.

Po co Ci to na maturze:

Wzór Δλ=λC(1cosθ)\Delta\lambda = \lambda_C(1-\cos\theta) plus p=h/λp = h/\lambda i zasada zachowania pędu rozwiązują zadania o rozpraszaniu Comptona. Chwyt: kąt θ\theta daje Δλ, stąd λ\lambda' i energia rozproszonego fotonu E=hc/λE' = hc/\lambda'.

Zapamiętaj: rozproszony foton ma zawsze większą długość fali (mniejszą energię) — Δλ = λ_C(1−cosθ) ≥ 0. To dowód, że światło ma pęd i naturę korpuskularną.

Model poglądowy · Wirtualne laboratorium NexTutor

Najczęstsze pytania

Co udowodnił efekt Comptona?

Że foton ma pęd (p=h/λ) i zachowuje się jak cząstka w zderzeniu z elektronem.

Dlaczego długość fali fotonu rośnie?

Bo oddaje część energii i pędu elektronowi — mniejsza energia to większa λ.

Od czego zależy przesunięcie comptonowskie?

Od kąta rozproszenia: Δλ=(h/m_e c)(1−cosθ), największe przy 180°.