Diferența dintre efectul fotoelectric și efectul Compton

Diferența principală - Efectul fotoelectric vs. efectul Compton

Efectul fotoelectric și efectul Compton sunt două tipuri de interacțiuni între lumină și materie. Ambele efecte demonstrează natura particulelor undelor electromagnetice. Efectul fotoelectric a fost explicat de Albert Einstein. Efectul Compton a fost observat și explicat de Arthur Compton. eun efectul fotoelectric, întreaga energie a fotonului incident este achiziționată de un singur electron, dar, în efectul Compton, fotonul incidentului transferă doar o parte din energia sa unui electron. Efectul fotoelectric este un fenomen de energie scăzută, iar fotonii interacțiunii dispar imediat după ce își dau energia la electroni. Efectul Compton, pe de altă parte, este un fenomen de energie medie și fotonii interacțiunii sunt împrăștiați de electroni. Acesta este principala diferență între efectul fotoelectric și efectul Compton.

Ce este efectul fotoelectric

Efectul fotoelectric este un efect în care electronii slab legați din metale sunt evacuați din material atunci când radiația electromagnetică interacționează cu acei electroni. Electronii ejectați sunt cunoscuți sub numele de fotoelectroni. Există câteva observații experimentale importante relevante pentru efectul fotoelectric. Unii dintre ei sunt;

1. Energia cinetică maximă a fotoelectronelor (pentru un material dat) depinde doar de frecvența luminii.
2. Energiile cinetice ale fotoelectronelor nu depind de intensitatea lui
3. Există o frecvență de prag (frecvența de întrerupere) care depinde de material. Frecvențele de lumină sub pragul de frecvență nu pot produce fotoelectroni.
4. Numărul de fotoelectroni produse în acest proces este proporțional cu intensitatea luminii; mai mare intensitatea, mai mare numărul de fotoelectroni.
5. Photoelectronele sunt scoase imediat după ce materialul este iluminat.

Teoria clasică a electromagnetismului nu poate explica observațiile experimentale de mai sus (cu excepția celei de-a patra observații). Deci, Albert Einstein a dezvoltat o teorie revoluționară pentru a explica efectul fotoelectric. El a folosit ideea de cuantificare a radiației electromagnetice în teoria sa. Potrivit teoriei sale, lumina constă în pachete energetice sau quanta de energie numită fotoni. Acestea sunt absorbite sau produse ca unități de pachete de energie. Pur și simplu, pachetele de energie fracționată nu există. Energia (E) asociată cu un foton este dată de; E = hf unde, h = constanta lui Planck și f = frecvența undei electromagnetice.

Teoria sa sugerează că energia unui foton este complet achiziționată de un singur electron în metal. Electronul consumă o anumită cantitate de energie (funcția de lucru a materialului) de a elibera de legătura sa în material. Electronul iese din material ca un electron eliberat care se numește fotoelectron. În mod normal, electronul își pierde o anumită cantitate de energie din cauza interacțiunii cu alte electroni din împrejurimile sale. Energia rămasă a electronului apare ca energia sa cinetică. Cu toate acestea, energia este conservată în acest proces. Deci, conservarea energiei dă relația dintre frecvența fotonului incident și energia cinetică a fotoelectronului. Acesta poate fi exprimat ca; hf = Ф + (K.E) unde Φ = funcția de lucru a materialului și K.E- Energia cinetică este a fotoelectronului.

Teoria Einstein a efectului fotoelectric a rezolvat una dintre problemele dificile din fizică. Conform teoriei sale, efectul fotoelectric demonstrează natura particulelor undelor electromagnetice.

Ce este Compton Effect

Efectul Compton este împrăștierea inelastică a fotonilor cu energie înaltă prin electroni liberi sau particule încărcate libere. În acest scop, fotonul transferă o parte din energia și impulsul său către particula încărcată. Deci, energia fotonului rezultat este mai mică decât cea a fotonului incident. Lungimea de undă a fotonului împrăștiat este mai mare decât cea a fotonului incident, deoarece energia asociată cu un foton este invers proporțională cu lungimea de undă a fotonului. Particula încărcată care interacționează cu fotonul dobândește o parte din energia și impulsul fotonului și recoacează. Cu toate acestea, atât energia cât și impulsul sistemului sunt conservate în acest proces.

Efectul Compton a fost observat de Arthur Compton, iar efectul a fost numit după numele său. Compton a dezvoltat un model teoretic pentru a explica efectul Compton și, în cele din urmă, putea deduce o relație matematică între schimbarea lungimii de undă și unghiul de împrăștiere a fotonului. Ecuația lui poate fi exprimată ca, Δ λ = λ - λ₀= h / mc (1 - cos) 

Unde,

Δ λ - Modificarea lungimii de undă,

λ - Lungimea de undă a fotonului împrăștiat,

λ₀- Lungimea de undă a fotonului incident,

θ - Unghiul de împrăștiere,

Masa electronului,

Constanta lui Planck și,

Constanta este cunoscută sub numele de Lungimea de undă Compton a electronului. Este egal cu 2,43 10^-12m. Unghiul de împrăștiere (0⁰< 𝜃 < 180⁰) este unghiul prin care fotonul este deviat. Deci, schimbarea lungimii de undă devine zero când unghiul de împrăștiere este 0⁰. Pe de altă parte, schimbarea lungimii de undă devine de două ori lungimea de undă Compton a electronului (valoarea maximă a lungimii de undă) atunci când unghiul de împrăștiere este de 180⁰.

Efectul Compton este un bun exemplu al naturii particulelor undelor electromagnetice. Teoria electromagnetică clasică nu poate explica efectul Compton sau împrăștierea inelastică a radiației electromagnetice. Cu toate acestea, teoria clasică poate explica împrăștierea elastică a radiațiilor electromagnetice, care este cunoscută sub numele de împrăștiere Thomson (scuttering cu energie scăzută Compton).

În efectul Compton, schimbarea fracțională a lungimii de undă pentru fotonii cu energie redusă (lumină vizibilă, infraroșu etc.) este foarte mică. Deci, în mod normal, efectul Compton este important numai pentru fotonii cu energie medie, cum ar fi fotonii cu raze X sau gamma.

Diferența dintre efectul fotoelectric și efectul Compton

Fenomen:

Efect fotoelectric: Efectul fotoelectric este un fenomen de energie redusă.

Efectul Compton: Efectul Compton este un fenomen de energie medie.

Energie:

Efect fotoelectric: Fotonul transmite energia sa totală la un singur electron.

Efectul Compton: Fotonul transferă o parte a energiei sale într-un singur electron.

Prima explicație teoretică:

Efect fotoelectric: Efectul fotoelectric a fost explicat de Albert Einstein.

Efectul Compton: Efectul Compton a fost explicat de Arthur Compton.

Soarta fotonului după interacțiune:

Efect fotoelectric: Fotonul dispare după interacțiune.

Efectul Compton: Lungimea de undă a fotonului împrăștiat este mai mare decât cea a fotonului incident.

 Datorită fotografiei:

"Imagine 1" (CC BY-SA 3.0) prin Wikimedia Commons 

"Imagine 2" de JabberWok în limba engleză Wikipedia (CC BY-SA 3.0) prin Wikimedia Commons