Que la partícula de aspecto es necesaria para explicar fotoeléctrico o efecto Compton?

Question

¿A qué nos referimos cuando decimos que requiere la naturaleza de la partícula de radiación es decir, los fotones, para explicar fotoeléctrico o efecto Compton?

No entiendo que la naturaleza de las partículas se utiliza para explicar estos experimentos. No podemos decir que el impulso y la energía son propiedades distintivas de una partícula. Las olas, que también tienen estas propiedades.

Así que la pregunta es cual de las partículas aspecto es relevante para explicar los mencionados experimentos? Cómo puedo hacer comprensible a un estudiante de la escuela secundaria?

Answer 1

¿A qué nos referimos cuando decimos que requiere la naturaleza de la partícula de radiación es decir, los fotones, para explicar fotoeléctrico o efecto Compton?

Tanto los fotones y los electrones son partículas puntuales en la primaria de la partícula de la tabla.

No podemos decir que el impulso y la energía son propiedades distintivas de una partícula. Las olas, que también tienen estas propiedades.

Clásicamente una partícula se describe no sólo por la energía y el impulso, pero también por un determinado centro de masa del punto a (x,y,z) que permite determinar una única trayectoria dada las condiciones iniciales. Si se trata de un punto de partícula más. Puntos de impacto son también conocidas con claridad dada la trayectoria. Un clásico de la partícula golpea una pared en un determinado (y,z) del punto.

Ninguno de estos dos procesos ( fotoeléctrico y Compton) es buena para mostrar la naturaleza de la partícula de las partículas elementales, debido a que su detección depende de la distribución de probabilidad medible por la acumulación de muchos eventos.

El efecto fotoeléctrico se demuestra que los fotones existir como individuo paquetes de energía y no un continuo clásica de ondas portadoras de energía. La misma con la dispersión de Compton, donde el fotón es el que da parte de su energía al electrón. Pero ambos no pueden ser utilizados como una clara demostración de un clásico partícula de comportamiento, ya que ambos dependen de las distribuciones de probabilidad de las trayectorias, no hay unicidad de la trayectoria para las mismas condiciones de contorno.

IMO la mejor enseñanza de la demostración de la doble naturaleza de las partículas elementales es dada por el experimento de doble rendija.

La naturaleza de la partícula es la huella de cada individuo de electrones , que es un único x,y del punto en la pantalla, como era de esperar por una partícula de trayectoria. Su posición parece aleatoria , hasta que la naturaleza de la onda se muestra en la acumulación. Es una distribución de probabilidad que se puede describir como el conjugado complejo de la plaza de la función de onda que describe "dispersión de electrones en dos rendijas"

Una mejor demostración de una partícula de la naturaleza es esta cámara de burbujas imagen de un pi mu e caries

El pion de la interacción principal de desintegración

A continuación, el muón se desintegra :

La pista hasta que la decadencia punto actúa como un clásico de la trayectoria , en la que el impulso y el mismo campo magnético que tendrá el mismo recorrido circular. En el punto de interacción de la naturaleza probabilística entra, que está vinculado con la naturaleza de onda de la partícula elemental: hay una distribución de probabilidad para la distribución de cómo la mu+ y nu_mu compartir el impulso de la energía, y lo mismo para el intercambio de la e+ nu_e y anti-nu_mu en la segunda caries, y es de las distribuciones de probabilidad, que muestra la naturaleza de onda.

Answer 2

Instataneous respuesta

Clásica de la radiación electromagnética que incide sobre una placa de metal que requeriría un bastante mucho tiempo para acumular energía suficiente para expulsar a los electrones. Asumir un poder de $P = 1 \, \text{W}$ en un área de $A = 1 \, \text{m}^2$ (correspondiente a $\sim 5 \cdot 10^{18}$ de los átomos de la superficie). ¿Cuánto tiempo le tomará a un átomo de reunir las $e \Phi \sim 5 \, \text{eV} \approx 8 \cdot 10^{-19} \, \text{J}$ requerido para ionizazion? Si el poder se distribuye entre todos los átomos de la superficie por igual, esto llevaría $t = \frac{8 \cdot 10^{-19} \, \text{J}}{5 \cdot 10^{18} \cdot 1 \, \text{W}} = 4 \, \text{s}$ hasta un átomo tiene la energía suficiente para liberar un electrón. Pero lo que se observa es que tan pronto como se encienda la luz de la emisión de electrones comienza. Esto por sí solo no necesariamente requieren de una explicación con cuantificada de la luz, como uno podría llegar a la idea de la intensidad de la luz no se distribuyen por igual en la placa de metal o con algunos de los mecanismos en el metal que tienden a concentrar la energía en los átomos individuales (y por esta violación de la termodinámica).

La energía de los electrones liberados

El otro punto es que un clásico campo electromagnético no dicta la energía de los electrones emitidos. Especialmente en el caso de los "clásicos" de los mecanismos que redistribuir la energía no debe ser una gran dispersión en las energías. Pero lo que se observa cuando se ilumina una placa de metal con luz monocromática de la energía del fotón $h \nu$ es que la energía cinética de los electrones es muy bruscamente alcanzó su punto máximo en $E_{\text{el}} = h \nu - e \Phi$ (energía del fotón menos la energía de enlace de los metales).

Por otra parte, si aumenta el flujo de luz de esto no altera la energía de los electrones – es sólo su número aumenta. De nuevo, no existe la clásica explicación para eso. La mecánica cuántica explicación de cuantos de luz (fotones) que interactúan uno-a-uno con cargo quanta (electrones) soluciona ambos – el problema con la respuesta instantánea y la de la energía de flujo de la dependencia.

Además de la discusión se puede encontrar por ejemplo en esta respuesta a una pregunta similar, tal vez un poco demasiado lejos para explicar a un estudiante de la escuela secundaria.

Answer 3

Compton observó que la longitud de onda de los rayos X dispersados fue siempre mayor que la longitud de onda de los rayos X incidentes. Este cambio en la longitud de onda (frecuencia) - Compton cambio no puede ser explicado a través de clásicos de la onda electromagnética de la teoría.

En el bajo régimen de energía, la dispersión de la luz por una libre de partículas cargadas se llama dispersión de Thomson. En el cuadro clásico, la carga de la partícula oscila en el campo eléctrico de la luz entrante y emite radiación con la misma frecuencia, pero con una intensidad dependiendo de la intensidad de la luz entrante.

En Compton, la dispersión de la luz dispersada tiene una mayor longitud de onda, lo que significa que tiene una menor energía. Este cambio depende del ángulo de dispersión y no en la intensidad de la luz entrante.

Sobre el efecto fotoeléctrico, si el tratamiento de la luz como una onda electromagnética, sería de esperar que los fotoelectrones será expulsado con algún tiempo de retraso debido a que la onda electromagnética de las transferencias de energía de forma continua. Pero eso no es lo que sucede.

También, desde una perspectiva clásica, la intensidad de la luz debe influir en la energía cinética de los fotoelectrones desde una intensidad más alta significa un mayor campo eléctrico. Pero lo que pasa es que la intensidad de la luz influye en el número de fotoelectrones, no su energía cinética. Otro argumento es que el efecto fotoeléctrico ocurre sólo si la luz entrante tiene suficiente energía. En el cuadro clásico, el efecto fotoeléctrico debe ocurrir independiente de la frecuencia, dado que la luz es lo suficientemente intensa como. Pero el efecto fotoeléctrico ocurre sólo si la frecuencia de la luz supera un umbral de frecuencia.