Hiệu ứng Compton

Hiệu ứng Compton tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả các lĩnh vực kinh tế, ki...

Trang 1

TRƯỜNG CAO ĐẲNG SƯ PHẠM TÂY NINH

KHOA TỰ NHIÊN LỚP LÝ-KTCN38

Chứng minh:

HIỆU ỨNG COMPTON

Độ biến đổi bước sóng

NH ÓM

1

Trang 2

I THÍ NGHIỆM CỦA COMPTON.

Năm 1923 Arthur Holly Compton - một chuyên gia

về tia x của truờng đại học Washington - đã thực hiện một thí nghiệm và phát hiện ra hiệu ứng đặc

biệt Hiệu ứng này gọi là hiệu ứng compton (hay

còn gọi là tán xạ compton) và mang lại giải Nobel

về vật lí vào năm 1927 cho Compton

Trang 3

 Chiếu chùm tia X có bước sóng vào một khối chất Graphite, chùm tia X bị tán xạ 1 phần, được thu bằng một

máy quang phổ tia X – detector Đo cả cường độ lẫn bước sóng của tia X dưới các góc khac nhau Thu được bước sóng của chìm tia tán xạ có bước sóng lớn hơn > λ

 Vì vậy mà năng lượng chum tia X tán xạ bé hơn so với chum tia tới.



Bức xạ photon

Electron nằm yên

Electron tán xạ

Tia X tới

Graphite

λ

Trang 4

 Sự thay đổi bước sóng của chum tia X được gọi là “dịch chuyển Compton” hay độ biến đổi bước sóng :

 là bước sóng Compton

 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 phạm với nhau.

Photon có tính chất hạt nên nó mang theo năng lượng và xung lượng.



Trang 5

II Thuyết photon về tương tác giữa bức xạ điện từ và electron.

Động lượng Năng lượng

Tia X tới

Graphite

λ

Năng lượng nghỉ

Năng lượng E Động lượng

Photon và Electron

Trang 6

II Thuyết photon về tương tác giữa bức xạ điện từ và electron.

Hạt

Trước va chạm Sau va chạm Trước va chạm Sau va chạm

Photon

Hạt

Photon

Ta có bảng tóm tắt sau:

Trang 7

Photon

Hạt

Photon

Trong thực tế, tương tác này xảy ra trong mạng tinh thể nên còn có yếu tố ảnh hưởng từ mạng tinh thể : Công thoát A mà mạng tinh thể nhận được và động lượng “giật” của mạng tinh thể Lúc này, áp dụng định luật bảo toàn năng lượng và bảo toàn động lượng, ta có hệ phương trình:

Hệ phương trình này giúp ta giải thích được hai hiệu ứng mà mô hình sóng không giải thích được : Hiệu ứng quan điện và hiệu ứng compton.

Trang 8

III Phân tích định lượng về hiệu ứng compton

Đối với các bức xạ điện từ có bước sóng cỡ tia X, năng lượng của các photon tới rất lớn so với công thoát nên xem như ảnh hưởng của mạng tinh thể và hạt nhân lên electron là không đáng kể

Lúc này, ta xem tương tác giữa bức xạ điện từ và electron như va chạm của photon và một electron tự do.

Hệ phương trình trở thành:

(1)

Trang 9

Năng lượng photon ứng với bức xạ điện từ cỡ tia X rất lớn so với năng lượng nghỉ của elelctron, cho nên chúng ta không thể sử dụng cơ học cổ điển để khảo sát sự va chạm giữa photon và electron Do đó, chúng ta phải sử dụng cơ học tương đối tính để khảo sát hệ phương trình :

Từ hệ phương trình (1), ta có:



Trang 10

Trang 11

Đối với photon và electron, trong co học tương đối tính ta có hệ thức sau

Và

Thay (3) và (4) vào (2):

Trang 12

Trang 13

Thay

chính bằng bước sóng Compton

Trang 14

III Kết luận:

Hiệu ứng Compton thực chất là tương tác giữa photon và các electron trong mạng tinh thể Hiệu ứng Compton về cơ bản cũng giống như hiệu ứng quang điện, có bản chất là sự va chạm giữa photon và electron

Tuy nhiên, sự khác biệt cơ bản giữa hiệu ứng Compton và hiệu ứng quang điện chính là cỡ bước sóng của bức xạ tới: với hiệu ứng quang điện thì vào cỡ vùng nhìn thấy và tử ngoại còn với hiệu ứng Compton là cỡ tia X Trong thực tế, cả hai hiệu ứng trên, cùng với sự chuyển mức năng lượng của các nguyên tử, xảy ra đồng thời Tuy nhiên, tuỳ vào cỡ bước sóng của bức xạ tới mà hiệu ứng nào xảy ra trội hơn.

Nếu như hiệu ứng quang điện(1887) là khởi nguồn để Albert Einstein đưa ra giả thuyết photon(1905) thì hiệu ứng Compton (1923) là ‘bằng chứng” vĩ đại chứng tỏ sự tồn tại của photon Về lịch sử, hiệu ứng Compton là viên gạch cuối cùng nhằm “xây chắc” lí thuyết của Einstein về photon Do đó, hiệu ứng Compton có tầm quan trọng lớ đối với lịch sử phát triển vật lí cận đại và hiện đại.

Trang 15

Tia X tới

Graphite

λ

Trang 16

Một ứng dụng của tán xạ photon -Quan sát và phát hiện lỗ đen(Black Hole)

Để quan sát và phát hiện lổ đen, các nhà thiên văn sử dụng rất nhiều hiệu ứng khác nhau, trong đó

có hiệu ứng Compton – hay chính xác hơn là hiệu ứng Compton ngược

Đối với lỗ đen hình thành từ một hệ sao đôi, khi một ngôi sao trở thành lỗ đen thì nó sẽ hút vật chất của ngôi sao đồng hành với nó Trong quá trình này, vật chất – trong đó có các elelctron – được gia tốc với những vận tốc rất lớn Các electron lúc này có thể được gia tốc đến ngưỡng tương đối tính Lúc này, chỉ cần những bức xạ điện từ năng lượng thấp tương tác với các electron này thì sẽ phát ra các bức xạ điện từ tán xạ có năng lượng cao – cỡ tia X Dựa vào việc quan sát các bức xạ tia X này mà các nhà thiên văn có thể xác định được ở đâu có khả năng có lỗ đen

Trang 17

CẢM ƠN CÁC BẠN ĐÃ LẮNG NGHE !

Định dạng
Số trang	17
Dung lượng	1,13 MB