Differenza tra effetto fotoelettrico ed effetto Compton
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Differenza principale - Effetto fotoelettrico vs Effetto Compton
L'effetto fotoelettrico e l'effetto Compton sono due tipi di interazioni tra luce e materia. Entrambi gli effetti dimostrano la natura particellare delle onde elettromagnetiche. L'effetto fotoelettrico è stato spiegato da Albert Einstein. L'effetto Compton è stato osservato e spiegato da Arthur Compton. ion l'effetto fotoelettrico, l'intera energia del fotone incidente viene acquisita da un singolo elettrone ma, nell'effetto Compton, il fotone incidente trasferisce solo una parte della sua energia a un elettrone. L'effetto fotoelettrico è un fenomeno a bassa energia, ei fotoni interagiti scompaiono subito dopo che consegnano la loro energia agli elettroni. L'effetto Compton, d'altra parte, è un fenomeno di media energia, e i fotoni interagiti sono dispersi dagli elettroni. Questo è il differenza principale tra effetto fotoelettrico e effetto Compton.
Cos'è l'effetto fotoelettrico
L'effetto fotoelettrico è un effetto in cui gli elettroni debolmente legati all'interno dei metalli vengono espulsi dal materiale quando la radiazione elettromagnetica interagisce con quegli elettroni. Gli elettroni espulsi sono noti come i fotoelettroni. Esistono diverse importanti osservazioni sperimentali relative all'effetto fotoelettrico. Alcuni di loro sono;
- L'energia cinetica massima dei fotoelettroni (per un dato materiale) dipende solo dalla frequenza della luce.
- Le energie cinetiche dei fotoelettroni non dipendono dall'intensità di
- Esiste una frequenza di soglia (frequenza di taglio) che dipende dal materiale. Le frequenze luminose al di sotto della frequenza di soglia non possono produrre fotoelettroni.
- Il numero di fotoelettroni prodotti nel processo è proporzionale all'intensità della luce; maggiore è l'intensità, maggiore è il numero di fotoelettroni.
- I fotoelettroni vengono espulsi immediatamente dopo l'accensione del materiale.
La teoria classica dell'elettromagnetismo non può spiegare le osservazioni sperimentali di cui sopra (eccetto la quarta osservazione). Quindi, Albert Einstein sviluppò una teoria rivoluzionaria per spiegare l'effetto fotoelettrico. Ha usato l'idea di quantizzazione della radiazione elettromagnetica nella sua teoria. Secondo la sua teoria, la luce consiste in pacchetti di energia o quanti di energia chiamati fotoni. Sono assorbiti o prodotti come unità di pacchetti di energia. Semplicemente, i pacchetti di energia frazionale non esistono. L'energia (E) associata a un fotone è data da; E = hf dove, h = costante di Planck e f = Frequenza dell'onda elettromagnetica.
La sua teoria suggerisce che l'energia di un fotone sia completamente acquisita da un singolo elettrone nel metallo. L'elettrone spende una certa quantità di energia (funzione di lavoro del materiale) per liberare dal suo legame nel materiale. L'elettrone esce dal materiale come un elettrone liberato che viene chiamato un fotoelettrone. Normalmente, l'elettrone perde una parte della sua energia a causa dell'interazione con altri elettroni nell'ambiente che sta percorrendo. L'energia residua dell'elettrone appare come la sua energia cinetica. Tuttavia, l'energia è conservata nel processo. Quindi, la conservazione dell'energia fornisce la relazione tra la frequenza del fotone incidente e l'energia cinetica del fotoelettrone. Può essere espresso come; hf = Ф + (K.E) dove, Ф = funzione di lavoro del materiale e K.E- l'energia cinetica è del fotoelettrone.
La teoria di Einstein sull'effetto fotoelettrico ha risolto uno dei problemi più difficili in fisica. Secondo la sua teoria, l'effetto fotoelettrico dimostra la natura particellare delle onde elettromagnetiche.
Cos'è l'effetto Compton
L'effetto Compton è la diffusione anelastica di fotoni ad alta energia da parte di elettroni liberamente legati o particelle cariche libere. In questo effetto, il fotone trasferisce parte della sua energia e quantità di moto alla particella carica. Quindi, l'energia del fotone risultante è inferiore a quella del fotone incidente. La lunghezza d'onda del fotone sparso è superiore a quella del fotone incidente poiché l'energia associata a un fotone è inversamente proporzionale alla lunghezza d'onda del fotone. La particella carica che interagisce con il fotone acquisisce una parte di energia e quantità di moto del fotone e del rinculo. Tuttavia, sia l'energia che la quantità di moto del sistema vengono conservate nel processo.
L'effetto Compton fu osservato da Arthur Compton e l'effetto prese il nome dal suo nome. Compton ha sviluppato un modello teorico per spiegare l'effetto Compton e alla fine, è stato possibile ricavare una relazione matematica tra il cambiamento nella lunghezza d'onda e l'angolo di diffusione del fotone. La sua equazione può essere espressa come, Δ λ = λ - λ0= h / mc (1 - cosθ)
dove,
Δ λ- Il cambiamento nella lunghezza d'onda,
λ- Lunghezza d'onda del fotone sparso,
λ0- Lunghezza d'onda del fotone incidente,
θ- Angolo di dispersione,
m- Massa dell'elettrone,
h- Costante di Planck e,
La costante è conosciuta come la Compton lunghezza d'onda dell'elettrone. È uguale a 2,43 10-12m. L'angolo di diffusione (00< 𝜃 < 1800) è l'angolo attraverso il quale il fotone viene deviato. Quindi, lo spostamento della lunghezza d'onda diventa zero quando l'angolo di diffusione è 00. D'altra parte, lo spostamento della lunghezza d'onda diventa il doppio della lunghezza d'onda del Compton dell'elettrone (valore massimo dello spostamento della lunghezza d'onda) quando l'angolo di scattering è 1800.
L'effetto Compton è un buon esempio della natura particellare delle onde elettromagnetiche. La teoria elettromagnetica classica non può spiegare l'effetto Compton o la diffusione anelastica della radiazione elettromagnetica. Tuttavia, la teoria classica può spiegare lo scattering elastico della radiazione elettromagnetica che è nota come scattering Thomson (scattering Compton a bassa energia).
Nell'effetto Compton, lo spostamento frazionale della lunghezza d'onda per i fotoni a bassa energia (luce visibile, infrarossi ecc.) È molto piccolo. Quindi, normalmente, l'effetto Compton è importante solo per i fotoni di energia media come i fotoni a raggi X o gamma.
Differenza tra effetto fotoelettrico ed effetto Compton
Fenomeno:
Effetto fotoelettrico: L'effetto fotoelettrico è un fenomeno a bassa energia.
Effetto Compton: L'effetto Compton è un fenomeno di media energia.
Energia:
Effetto fotoelettrico: Il fotone consegna la sua quantità totale di energia a un singolo elettrone.
Effetto Compton: Il fotone trasferisce parte della sua energia a un singolo elettrone.
Prima spiegazione teorica:
Effetto fotoelettrico: L'effetto fotoelettrico è stato spiegato da Albert Einstein.
Effetto Compton: L'effetto Compton è stato spiegato da Arthur Compton.
Il destino del fotone dopo l'interazione:
Effetto fotoelettrico: Il fotone scompare dopo l'interazione.
Effetto Compton: La lunghezza d'onda del fotone sparso è superiore a quella del fotone incidente.
Cortesia dell'immagine:
"Immagine 1" (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
"Immagine 2" di JabberWok in lingua inglese Wikipedia (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
