Kiến thức

Hiệu ứng Compton – Wikipedia tiếng Việt

Hiệu ứng Compton

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Bước tới điều hướng

Bước tới tìm kiếm

Trong

cơ học lượng tử

, Hiệu ứng Compton hay tán xạ Compton xảy ra khi

bước sóng

tăng lên (và

năng lượng

giảm xuống), khi những hạt

photon

tia X

(hay

tia gamma

) có năng lượng từ khoảng 0,5

MeV

đến 3,5 MeV tác động với

điện tử

trong vật liệu. Độ mà bước sóng tăng lên được gọi là dịch chuyển Compton.

[1]

Hiệu ứng này được nhận thấy bởi

Arthur Holly Compton

vào năm

1923

và do sự quan sát này được trao

Giải thưởng Nobel vật lý

năm

1927

. Cuộc thí nghiệm của Compton là sự quan sát làm cho tất cả mọi

nhà vật lý

tin là

ánh sáng

có thể hành động như một dòng hạt có năng lượng cân xứng với tần số.

Bạn đang xem: Hiệu ứng Compton – Wikipedia tiếng Việt

Nội dung[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

Chuong97.gif

Dùng

giả thuyết hạt photon ánh sáng

, ta có thể giải thích

hiệu ứng quang điện

và sự tạo thành

tia X

. Sau đó vào năm 1923,

A. H. Compton

thông báo về kết quả nghiên cứu tán xạ của

tia X

thì các nhà khoa học đã có cơ sở để giải thích bản chất

hạt

của

ánh sáng

.

Theo Compton,

hạt lượng tử năng lượng

của

tia X

khi va chạm vào các hạt khác cũng bị tán xạ giống như hạt

electron

. Ở đây sự

tán xạ

của hạt photon là sự thay đổi đường đi của chùm tia

phôtôn

khi gặp phải một môi trường có sự không đồng nhất về chiết suất với những khoảng cách mà chiết suất thay đổi gần bằng độ dài

bước sóng

photon. Thực ra sự tán xạ là sự lan truyền của sóng trong những môi trường có

hằng số điện

hằng số từ

thay đổi hỗn loạn, rất phức tạp nếu sử dụng các

hệ phương trình Maxwell

để giải và tìm chiết suất hiệu dụng của môi trường. Sự tán xạ có thể xem đơn giản như

sự va chạm đàn hồi

của các quả bóng trong một môi trường. Khi xem xét sự va chạm đó,

định luật bảo toàn năng lượng

và xung lượng vẫn được áp dụng.

Ví dụ ta có một

lượng tử

năng lượng của

tia X

, va chạm vào một

electron

đứng yên. Một phần năng lượng và

xung lượng

của tia X chuyển vào cho

electron

và sau khi tán xạ thì lượng tử năng lượng tán xạ (hạt hình thành sau tán xạ) có năng lượng và xung lượng nhỏ hơn của lượng tử năng lượng ban đầu (tia X). Vì năng lượng của lượng tử tán xạ nhỏ hơn năng lượng của lượng tử ban đầu nên tần số của lượng tử tán xạ nhỏ hơn tần số của lượng tử ban đầu và khi đó bước sóng của lượng tử tán xạ lại lớn hơn bước sóng của lượng tử ban đầu.

Cơ chế tán xạ Compton[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

Trong tán xạ Compton, năng lượng của lượng tử

tia X

đã chuyển hóa một phần thành năng lượng của

electron

. Electron dao động phát ra

sóng điện từ

, sóng điện từ chuyển một phần năng lượng cho một

lượng tử

, vì thế lượng tử bức xạ có

bước sóng

lớn hơn lượng tử ban đầu.

Như đã trình bày, khi

tia X

va chạm, một phần năng lượng tia X chuyển hóa cho

electron

. Năng lượng này phụ thuộc vào góc tán xạ tức là phương của

lượng tử

năng lượng tán xạ so với phương ban đầu:

Cơ chế tán xạ Compton.png

Áp dụng

công thức bảo toàn năng lượng và xung lượng

ta tính được độ biến thiên của bước sóng của lượng tử năng lượng (Hình 2.10) sau khi tán xạ và lệch đi một góc θ so với phương ban đầu là:

Δλ2−λ1=h(moc)(1−cos⁡θ){displaystyle Delta lambda =lambda _{2}-lambda _{1}={cfrac {h}{(m_{o}c)}}(1-cos {theta })}

Lưu ý, công thức trên có thể viết dưới dạng:

Δλ2−λ1=h(moc)  2sin2⁡2){displaystyle Delta lambda =lambda _{2}-lambda _{1}={cfrac {h}{(m_{o}c)}} 2sin ^{2}left({frac {theta }{2}}right)}

Công thức này được xây dựng từ sự bảo toàn năng lượng và xung lượng trong hệ quy chiếu gắn với khối tâm của hệ; mo là khối lượng nghỉ của

electron

, đại lượng λc=h(moc){displaystyle lambda _{c}={cfrac {h}{(m_{o}c)}}} được hiểu là bước sóng compton, nếu thay các giá trị này và tính toán thì độ lớn λc là: λc = 2,42.10−12m.

Giá trị này là rất nhỏ so với bước sóng của ánh sáng khả kiến vì thế nếu dùng ánh sáng làm thí nghiệm Compton ta sẽ không thấy sự biến đổi của độ dài sóng. Tức là không quan sát được hiệu ứng Compton.

Ngược lại, nếu dùng bước sóng của

tia X

trong khoảng (10−9 đến 10−12m) thì độ biến thiên bước sóng trong trường hợp này là khá lớn nên có thể quan sát được.

Hiệu ứng Compton đã thực sự thuyết phục các nhà vật lý rằng

sóng điện từ

thực sự thể hiện một tính chất giống như một chùm

hạt

chuyển động với

vận tốc ánh sáng

. Hay nói khác đi sóng và hạt là hai thuộc tính cùng tồn tại trong các quá trình biến đổi năng lượng.

Ví dụ: Trong thí nghiệm tán xạ Compton, người ta thấy bước song tia X thay đổi 1% với góc tán xạ là θ=120°. Hãy tìm ra giá trị bước sóng dùng trong thí nghiệm này. Ứng với bước sóng đó, hiệu điện thế phải đặt ở hai đầu Anod và Kathod là bao nhiêu?
Lời giải:sự thay đổi bước sóng tuân theo công thức:
Δλ2−λ1=h(1−cos⁡θ)(moc)=2,43.10−3(1−cos⁡120)nm=3,63.10−3nm{displaystyle Delta lambda =lambda _{2}-lambda _{1}={cfrac {h(1-cos {theta })}{(m_{o}c)}}=2,43.10^{-3}(1-cos {120})nm=3,63.10^{-3}nm}
Δλλ=3,63.10−nm=0,01→λ=3,63.10−30,01=0,363nm{displaystyle {cfrac {Delta lambda }{lambda }}={cfrac {3,63.10^{-3}}{lambda }}nm=0,01to lambda ={cfrac {3,63.10^{-3}}{0,01}}=0,363nm}
Với giá trị

Tham khảo[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

  1. ^

    P Christillin (1986).

    “Nuclear Compton scattering”

    . J. Phys. G: Nucl. Phys. 12 (9): 837–851.

    Bibcode

    :

    1986JPhG…12..837C

    .

    doi

    :

    10.1088/0305-4616/12/9/008

    .

Lấy từ “

https://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Hiệu_ứng_Compton&oldid=63598183

Chuyên mục: Kiến thức

Related Articles

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Check Also
Close
Back to top button