Hieu ung Compton pdf

HIỆU ỨNG COMPTON

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.
Khảo sát thực nghiệm

Hiệu ứng Compton là một hiện tượng nổi
bật về bản tính hạt của ánh sáng. Hiệu
ứng này được nhận thấy bởi Arthur
Holly Compton vào năm 1923, khi ông
nghiên cứu sự khuếch tán (hay tán xạ) tia
X bởi graphip (than chì).
Thí nghiệm Compton: cho một chùm tia X bước sóng λ chiếu
vào graphit hay graphin Khi đi qua các chất này, tia X bị tán
xạ theo nhiều phương.

Compton đã giải thích hiện tượng này bằng sự đụng
của phonton với electron của chất khuếch tán, trong đó
ông coi phonton như một hạt có tính cơ học.

Chùm tia X phóng ra từ ống T được chuẩn
trực nhờ hai khe F1 và F2, do đó chum tia
tới A (vật tán xạ) coi như song song . Một
phần của chum tia này đi thẳng qua A, một
phần bị tán xạ. Các chum tia tán xạ ứng với
các góc khác nhau, được thu vào máy
quang phổ B, máy này có thể di chuyển
trên một cung tròn xung quanh vật tán xạ

A. ứng với mỗi góc tán xạ φ, máy quang
phổ thu được hai vạch ứng với hai độ dài
sóng λ và λ’như trên đã nói.
 Thí nghiệm cho
thấy độ lệch về độ
dài ∆λ = λ’ – λ không
tùy thuộc vào năng
lượng photon X và
chất tán xạ mà chỉ
phụ thuộc vào góc
tán xạ φ.
Khảo sát lý thuyết của hiệu ứng
Compton

Xét một chùm tia X đi vào chất tán xạ,
đụng phải một electron. Chúng ta có thể
coi hiện tượng tán xạ tia X như một va
chạm hoàn toàn đàn hồi giữa một phôtôn
và một electrôn trong chất mà tia X chiếu
tới.

Vì đây là va chạm giữa photon và
electron tự do nên ta sẽ áp dụng hai
định luật bào toàn năng lượng và bào
toàn động cho hệ kín “tia X và e”

Theo định luật bào toàn năng lượng và động lượng

Sau quá trình biến đổi ta được công thức
Với

mo là khối lượng electron, là góc tán xạ

được hiểu là bước sóng Comton, nếu thay các
giá trị và độ lớn
Độ dịch chuyển bước sóng rất bé và nó phụ thuộc vào
góc tán xạ

Để giải thích hiệu ứng compton:
- Người ta đưa ra giả thuyết rằng photon có tính chất hạt
- Khi photon va chạm với các hạt khác thì nó tuân theo quy luật va chạm đàn hồi -
giống như hai viên bi va chạm với nhau
- Photon có tính chất hạt cho nên nó mang theo năng lượng và xung lượng
SÓNG VÀ HẠT
1.Quan điểm nhìn nhận:
Quan điểm 1: ánh sáng có năng lượng và truyền trong
không gian theo kiểu gợn sóng
Quan điểm 2: ánh sáng gồm dòng các hạt đều đặn
•
Giả thuyết

Huygens cho rằng ánh sáng càng bị bẻ cong, hay khúc xạ,
khi đi vào một chất, thì nó càng chậm khi truyền qua chất
đó.

Một số người ủng hộ Huygens kết luận rằng nếu ánh sáng
là một dòng hạt, khi nó đi vào môi trường đậm đặc hơn sẽ
bị các phân tử môi trường đó hút và vận tốc sẽ tăng lên,
chứ không giảm xuống
•
Các thí nghiệm chứng tỏ tính sóng hạt

Thí nghiệm 1: sự khúc xạ của hạt và sóng
Khi một chùm ánh sáng truyền giữa hai môi
trường có chiết suất khác nhau thì chùm tia bị
khúc xạ và đổi hướng khi truyền từ môi trường
thứ nhất vào môi trường thứ hai.
Dựa vào cả thuyết sóng và hạt để giải
thích hiện tượng khúc xạ
•
Thí nghiệm 2
Sự khác biệt xảy ra khi ánh sáng bị phản xạ từ một bề mặt nhẵn, lung linh,
như mặt gương chẳng hạn.
Thuyết sóng xem nguồn sáng
phát ra các sóng ánh sáng trải ra
theo mọi hướng. Khi chạm lên
gương, các sóng bị phản xạ theo
góc tới, nhưng với mỗi sóng
phản hồi trở lại tạo ra một ảnh
đảo ngược
→ Cả thuyết hạt và thuyết sóng đều giải thích thỏa đáng sự phản xạ bởi
một bề mặt phẳng
Theo thuyết hạt, ánh sáng đi tới bề mặt gương
dưới dạng một dòng hạt và bị phản xạ bởi bề
mặt nhẵn mịn. Do các hạt rất nhỏ, và có một
lượng rất lớn hạt trong chùm ánh sáng lan
truyền, nên chúng sẽ chuyển động sát với nhau.
Khi chạm lên mặt gương, các hạt bị nảy lên từ
những điểm khác nhau, nên trật tự của chúng
trong chùm sáng bị đảo ngược lại tạo ra một
hình đảo ngược
•

Nhiễu xạ của hạt và sóng
Thuyết hạt cho rằng ánh sáng luôn luôn truyền đi theo đường thẳng. Nếu các hạt chạm phải rìa
của một rào chắn thì chúng sẽ không tạo ra bóng đổ vì các hạt không bị rào chắn ngăn cản tiếp tục
chuyển động theo đường thẳng và không trải qua phía sau rìa chắn.
Với thuyết sóng, khi ánh sáng truyền
qua một khe hẹp, chùm tia trải ra và
trở nên rộng
chúng sẽ không tạo ra bóng đổ vì các
hạt không bị rào chắn ngăn cản tiếp tục
chuyển động theo đường thẳng và
không trải qua phía sau rìa chắn.
Với thuyết sóng, khi ánh sáng truyền
qua một khe hẹp, chùm tia trải ra và
trở nên rộng
•
Thomas Young đã thực hiện thí nghiệm khẳng định
tính chất sóng của ánh sáng :
Click to edit Master text styles
Ông dùng một màn
chứa một khe hẹp để
tạo ra chùm ánh sáng
kết hợp (gồm các
sóng truyền cùng pha
với nhau) từ nguồn
ánh sáng Mặt Trời
Young cho rằng ánh sáng có các màu khác nhau gồm các sóng có chiều dài
khác nhau.
Nhưng thuyết hạt lại cho rằng màu sắc ánh sáng khác nhau là do các hạt có
khối lượng khác nhau hoặc truyền đi với vận tốc khác nhau.
Thomas Young

•
Thí nghiệm phân cực ánh sáng
Kết quả quan sát với ánh sáng phân
cực cho thấy ánh sáng gồm các
sóng ngang có các thành phần vuông
góc với hướng truyền sóng. Chỉ
những sóng có thành phần ngang
song song với bộ lọc phân cực mới
truyền qua được, còn những sóng
khác đều bị chặn lại.
•
Khám phá của Maxwell và Thí nghiệm
của Phillip Lenard
James Clerk Maxwell phát hiện thấy tất cả các dạng bức xạ điện từ đều có phổ
liên tục và truyền qua chân không với cùng một tốc độ: 186000 dặm / giây
Lenard đã dùng một lăng kính để tách ánh
sáng trắng thành các thành phần màu
của nó, và rồi cho hội tụ có chọn lọc mỗi
màu lên một đĩa kim loại để tống khứ
các electron ra khỏi nó và đặt tên cho nó
là hiệu ứng quang điện
•
Đề xuất đặc trưng hạt của Albert
Einstein và kết luận cuối cùng của De
Broglie
Năm 1905, Albert Einstein cho rằng
ánh sáng đặc trưng hạt, Einstein đề xuất
về mặt toán học rằng các electron gắn
liền với các nguyên tử trong kim loại có
thể hấp thụ photon, và nó có năng lượng

để thoát ra ngoài.
Albert Einstein
Công trình của de Broglie, cuối cùng sẽ được dùng để giải thích bản chất vừa
là sóng vừa la hạt của ánh sáng.
Cùng lúc đó, Louis Victor-de Broglie cho rằng tất cả
vật chất và bức xạ đều có những tính chất vừa giống
sóng vừa giống hạt
De Broglie đã ngoại suy công thức nổi tiếng của Einstein
liên hệ khối lượng với năng lượng chứa luôn hằng số
Planck: E = mc2= hν
trong đó E: năng lượng của hạt, m : khối lượng, c : vận
tốc ánh sáng, h : hằng số Planck và ν : tần số.
Louis Victor-de Broglie
•
KẾT LUẬN
Vậy ánh sáng có bản chất vừa
giống sóng vừa giống hạt
Áp Suất Ánh Sáng ( Áp Suất Bức Xạ)
Khái niệm:
Áp suất ánh sáng là áp suất mà ánh sáng tác dụng lên vật
được rọi sáng. Áp suất này rất bé, cỡ một phần triệu Pa
(pascal) gần bằng 10-6 Pa.
Ánh sáng gồm những hạt mang năng lượng và chuyển động:
Khi một chùm
tia sáng đập vào
một bề mặt S
photon sẽ truyền
cho bề mặt này
một động lượng
Tác dụng lên bề

mặt đó một áp
suất
Giải thích hiện tượng Áp suất dựa trên
quan điểm PHOTON

Xét chùm tia sáng có:
- Tần số:
- Mật độ photon: n (số photon trong một đơn vị thể tích)
 ứng với một năng lượng là

Số photon tới thẳng góc một đơn vị diện
tích S trong một đơn vị thời gian là nC
ứng với một năng lượng là: