Razlika između fotoelektričnog učinka i Comptonovog učinka

Sadržaj:

Glavna razlika - fotoelektrični učinak protiv Comptonovog učinka
Što je fotoelektrični učinak
Što je Comptonov efekt
Razlika između fotoelektričnog učinka i Comptonovog učinka

Glavna razlika - fotoelektrični učinak protiv Comptonovog učinka

Fotoelektrični učinak i Comptonov učinak dvije su vrste interakcija između svjetla i materije. Oba učinka pokazuju prirodu čestica elektromagnetskih valova. Fotoelektrični učinak objasnio je Albert Einstein. Comptonov učinak opazio je i objasnio Arthur Compton. JaNa fotoelektričnom učinku cijela energija upadnog fotona dobiva se jednim elektronom, ali u Comptonovom efektu upadni foton prenosi samo dio svoje energije na elektron. Fotoelektrični učinak je fenomen niske energije, a međusobno povezani fotoni nestaju neposredno nakon što predaju svoju energiju elektronima. Comptonov učinak, s druge strane, fenomen je srednje energije, a međusobno povezani fotoni raspršeni su elektronima. Ovo je glavna razlika između fotoelektričnog učinka i Comptonovog učinka.

Što je fotoelektrični učinak

Fotoelektrični učinak je učinak pri kojem se slabo vezani elektroni unutar metala izbacuju iz materijala kada elektromagnetsko zračenje stupi u interakciju s tim elektronima. Izbačeni elektroni poznati su kao fotoelektroni. Postoji nekoliko važnih eksperimentalnih opažanja relevantnih za fotoelektrični učinak. Neki od njih su;

Maksimalna kinetička energija fotoelektrona (za dati materijal) ovisi samo o frekvenciji svjetlosti.
Kinetičke energije fotoelektrona ne ovise o intenzitetu
Postoji granična frekvencija (granična frekvencija) koja ovisi o materijalu. Frekvencije svjetlosti ispod praga ne mogu proizvesti fotoelektrone.
Broj proizvedenih fotoelektrona u procesu je proporcionalan intenzitetu svjetlosti; što je veći intenzitet, veći je i broj fotoelektrona.
Fotoelektroni se izbacuju odmah nakon što je materijal osvijetljen.

Klasična teorija elektromagnetizma ne može objasniti gornja eksperimentalna opažanja (osim četvrtog opažanja). Tako je Albert Einstein razvio revolucionarnu teoriju za objašnjenje fotoelektričnog učinka. On je u svojoj teoriji koristio ideju kvantizacije elektromagnetskog zračenja. Prema njegovoj teoriji, svjetlost se sastoji od energetskih paketa ili energetskih kvantova koji se nazivaju fotoni. Apsorbiraju se ili proizvode kao jedinice energetskih paketa. Jednostavno, frakcijski energetski paketi ne postoje. Energiju (E) povezanu s fotonom daje: E = hf gdje je, h = Planckova konstanta i f = frekvencija elektromagnetskog vala.

Njegova teorija sugerira da energiju fotona potpuno dobiva jedan elektron u metalu. Elektron troši određenu količinu energije (radna funkcija materijala) da se oslobodi vezanja u materijalu. Elektron izlazi iz materijala kao oslobođeni elektron koji se naziva fotoelektron. Uobičajeno, elektron gubi određenu količinu energije zbog interakcije s drugim elektronima u okruženju na svom putu. Preostala energija elektrona pojavljuje se kao njegova kinetička energija. Međutim, energija se pritom štedi. Dakle, očuvanje energije daje odnos između učestalosti upadnog fotona i kinetičke energije fotoelektrona. Može se izraziti kao; hf = F + (K.E) gdje je, F = radna funkcija materijala i K.E- Kinetička energija je fotoelektrona.

Einsteinova teorija fotoelektričnog učinka riješila je jedan od izazovnih problema u fizici. Prema njegovoj teoriji, fotoelektrični učinak pokazuje prirodu čestica elektromagnetskih valova.

Što je Comptonov efekt

Comptonov učinak je neelastično raspršivanje visokoenergetskih fotona labavo vezanim elektronima ili slobodnim nabijenim česticama. U tom učinku, foton prenosi dio svoje energije i impulsa na nabijenu česticu. Dakle, energija rezultirajućeg fotona manja je od energije upadnog fotona. Valna duljina raspršenog fotona veća je od one upadnog fotona jer je energija povezana s fotonom obrnuto proporcionalna valnoj duljini fotona. Nabijena čestica koja stupa u interakciju s fotonom stječe dio energije i zamah fotona te ustukne. Međutim, u procesu se čuvaju i energija i zamah sustava.

Comptonov učinak primijetio je Arthur Compton, a učinak je dobio ime po njegovom imenu. Compton je razvio teorijski model za objašnjenje Comptonovog učinka i na kraju je mogao izvesti matematički odnos između promjene valne duljine i kuta raspršenja fotona. Njegova jednadžba može se izraziti kao, Δ λ = λ - λ₀= h/mc (1 - cosθ)

gdje,

Δ λ- Promjena valne duljine,

λ- valna duljina raspršenog fotona,

λ₀- valna duljina upadnog fotona,

?- kut raspršivanja,

m- masa elektrona,

h- Planckova konstanta i,

Konstanta je poznata kao Comptonova valna duljina elektrona. Jednako je 2,43 10^-12m. Kut rasipanja (0⁰< ? < 180⁰) je kut pod kojim se foton skreće. Dakle, pomak valne duljine postaje nula kada je kut raspršivanja 0⁰. S druge strane, pomak valne duljine postaje dvostruko veći od Comptonove valne duljine elektrona (maksimalna vrijednost pomaka valne duljine) kada je kut raspršenja 180⁰.

Comptonov učinak dobar je primjer prirode čestica elektromagnetskih valova. Klasična elektromagnetska teorija ne može objasniti Comptonov učinak ili neelastično raspršenje elektromagnetskog zračenja. Međutim, klasična teorija može objasniti elastično raspršenje elektromagnetskog zračenja koje je poznato kao Thomsonovo raspršenje (niskoenergetsko Comptonovo raspršenje).

U Comptonovom učinku, frakcijski pomak valne duljine za fotone niske energije (vidljivo svjetlo, infracrveno zračenje itd.) Vrlo je mali. Dakle, obično je Comptonov učinak važan samo za fotone srednje energije, poput fotona X-zraka ili gama zraka.