Efecto Compton dispersión onda-partícula de la luz PDF

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efecto Compton dispersión de la luz, onda partícula de la materia...

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Efecto Compton El fenómeno Compton. Consiste en el aumento de la longitud de onda de un fotón cuando choca con un electrón libre y pierde parte de su energía. La frecuencia o la longitud de onda de la radiación dispersada depende únicamente del ángulo de dispersión como se observa en la figura 1.

Figura 1. Dispersión

En diciembre de 1922, Arthur Holly Compton encontró la explicación teórica de los resultados de una larga secuencia de experimentos con rayos X, en los cuales la radiación incidente era dispersada por un blanco de grafito. En sus experimentos, había determinado que la radiación dispersada tenía una frecuencia menor y, consiguientemente, una longitud de onda mayor que la radiación incidente. Este resultado no podía explicarse satisfactoriamente mediante la electrodinámica clásica, donde se suponía la naturaleza ondulatoria de la radiación. Thomson había elaborado una teoría de la dispersión de la radiación por la materia, la cual predecía que la onda dispersada debía tener la misma frecuencia y longitud que la onda incidente.4 Esa predicción, evidentemente, era incompatible con los resultados de Compton, por lo que éste, luego de muchos intentos, propuso una explicación diferente, que implicaba abandonar el marco de la electrodinámica clásica. Este efecto es de especial relevancia científica, ya que no puede ser explicado a través de la naturaleza ondulatoria de la luz. Esta debe comportarse como partícula para poder explicar dichas observaciones, por lo que adquiere una dualidad onda corpúsculo característica de la mecánica cuántica. La radiación generada por una fuente de rayos X es dispersada por el grafito. El colimador permite estudiar la radiación dispersada bajo un ángulo ∝ . Por último, el cristal permite, mediante la reflexión de Bragg, estudiar la composición de la radiación dispersada en longitudes de onda. Lo que Compton encontró experimentalmente es lo que se muestra en la siguiente figura.

Figura 2. Efecto Compton en la longitud de onda Compton consiguió explicar el corrimiento en la longitud de onda analizando la colisión entre un fotón y un electrón libre que está prácticamente libre y sale del átomo. Se puede suponer que los fotones se comportan como partículas indivisibles y asociándoles una energía del cuanto, de Planck, es decir, hv. De acuerdo con el electromagnetismo, si la radiación electromagnética esta compuesta de fotones, los fotones deben viajar a la velocidad de la luz y por tanto tiene una masa nula y la relación entre energía y su cantidad de movimiento es: E= pc Ejemplo: En la experiencia real, el detector es un cristal de INa, la fuente de rayos gamma está producida por el isótopo Cs-137, que tiene un pico muy agudo centrado en 661.6 keV, o en la longitud de onda 1.878 10 -12 m, (0.01878 A). Los electrones libres los proporciona un trozo de metal que puede ser una varilla de hierro. Midiendo la diferencia de longitudes de onda entre la radiación dispersada y la radiación incidente se pide calcular la constante lC. A partir del valor de esta constante, y conocida los valores de las constantes fundamentales, velocidad de la luz c=3·108 m/s y la masa del electrón me=9.1·10-31 kg, se pide calcular el valor de la constante h de Planck, comprobando que está cerca del valor 6.63·10 -34 Js. Se mide la longitud de onda de la radiación dispersada. La longitud de onda de la radiación dispersada para el ángulo 60º es λ'=0.03091 A. Calcular la constante λC y a continuación, la constante h de Planck. 0.03091-0.01878=λC(1-cos60) λC=0.02426 A=2.426·10 -12 m

Podemos ver también que el electrón retrocede adquiriendo un momento lineal pe y formando un ángulo que se puede calcular a partir de las ecuaciones de

conservación del momento lineal (1) y de la energía (2). Para calcular la velocidad v del electrón, necesitamos la expresión relativista del momento lineal.

Referencias bibliografías CASSINI, A. & LEVINAS, M. L. La explicación de Einstein del efecto fotoeléctrico. Revistan Latinoamericana de Filosofía, 34, p. 5-38, 2008

University Laboratory Experiments. Physics. Volume 3. PHYWE. Pág. 5.2.12. COMPTON, A. H. & HUBBARD, J. C. The recoil of the electron from scattered Xrays. Physical Review, 23, p. 439-49, 1924....