Zjawisko zmiany długości fali promieniowania roentgenowskiego rozpraszanego na swobodnych elektronach. Zjawisko to stoi u podstaw mechaniki kwantowej.
Rys.III.1. Rozpraszanie kwantu &gamma na tarczy.
Compton badał rozpraszanie promieniowania roetgenowskiego na tarczy.
|
I - natężenie promieniowania roentgenowskiego po przejściu przez folię metalową
Rys.III.2. Zależność natężenia promieniowania Rtg po przejściu przez folię od długości fali promieniowania.
- nie zależy od długości fali
promieniowanie Rtg - jego energia 10000 - 100000eV
- rozpraszanie ma miejsce na elektronach swobodnych (tzw. elektronach przewodzenia lub walencyjnych) Siły wiązań metalicznych - elektron swobodny odrywa się od atomu, tworzy gaz elektronowy.
Równanie Comptona:
(III.1.1a)
(III.1.1b)
&Lambda - comptonowska długość fali
= 0,0242 Å
(III.1.1b)
Compton światło traktował jak strumień fotonów.
|
|
Rys.III.3. Zderzenie fotonu z elektronem. Po zderzeniu foton częściowo przekazuje swój pęd elektronowi.
- prawo zachowania pędu:
|
(III.1.3)
(III.1.3) |
Rys.III.4. Interpretacja wektorowa prawa zachowania pędu.
- prawo zachowania energii:
(III.1.5)
dla fotonu:
(masa spoczynkowa)
z (III.1.5) wynika:
(III.1.6)
(III.1.7)
Wyprowadzimy równania Comptona z zależności (III.1.7):
(III.1.7a)
(III.1.7b)
(III.1.7c)
Z (III.1.4) i (III.1.7c) wynika:
(III.1.8)
(III.1.8a)
(III.1.9)
Na podstawie postulatu Plancka:
(III.1.10a)
(III.1.10b)
(III.1.11)
(III.1.12)
Otrzymaliśmy równanie (III.1.1a):
(III.1.13)
Rozpraszanie na elektronach związanych.
Dualna natura światła - w różnych warunkach obserwujemy jego naturę:
falową (dyfrakcja, interferencja)
światło zachowuje się jak strumień cząstek.
Doświadczenie Comptona potwierdza fakt, że materia składa się z elektronów. Powstał problem struktury atomu. Stwierdzono , że atomy składają się co najmniej z elektronów, wykazano również jaki jest ładunek elektronu. Z drugiej strony wiedziano, że atom jest elektrycznie obojętny, wynikało z tego, że muszą istnieć cząstki dodatnie wchodzące w skład atomu.