Ones de matèria de De Broglie: la longitud d'ona d'un electró
1 · Prediu
Louis de Broglie va proposar que partícules com els electrons també tenen longitud d'ona, no només la llum. Té un electró més ràpid (més energia cinètica) una longitud d'ona de De Broglie més llarga o més curta?
- Longitud d'ona més llarga per a electrons més ràpids.
- La longitud d'ona no depèn de l'energia cinètica.
- Més curta: més energia cinètica significa més quantitat de moviment, i la longitud d'ona és inversament proporcional a la quantitat de moviment.
2 · Configura
- Obre el predefinit «Ones de matèria de De Broglie» i prem Restableix.
- Activa la lectura de longitud d'ona de De Broglie.
- Defineix l'energia cinètica de l'electró per a cada prova i enregistra la seva longitud d'ona de De Broglie.
3 · Recull dades
| Energia cinètica K (eV) | Longitud d'ona de De Broglie λ (pm) |
|---|---|
| 50.00 | |
| 100.00 | |
| 200.00 |
Representa la longitud d'ona λ (eix y) contra 1/√K (eix x) per a les tres proves. La línia és recta i passa per l'origen?
4 · Analitza
- Per a una prova, calcula λ = h/√(2m_eK) amb h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, m_e = 9.109×10⁻³¹ kg (convertint K d'eV a joules). Compara-ho amb la taula.
- Explica, amb λ = h/p i p = √(2m_eK), per què més energia cinètica (i per tant més quantitat de moviment) produeix una longitud d'ona MÉS CURTA: la relació oposada a la d'un fotó, E = hc/λ.
5 · Amplia
- Els microscopis electrònics n'exploten la longitud d'ona de De Broglie minúscula de l'electró (molt més curta que la llum visible) per resoldre detalls molt més petits del que mai podria un microscopi òptic. Explica per què fer servir electrons de més energia (longitud d'ona més curta) millora en general la resolució d'un microscopi electrònic.
- Una pilota de beisbol llançada també té una longitud d'ona de De Broglie, però massa petita per notar mai. Amb λ = h/p i la quantitat de moviment típica d'una pilota, explica per què els efectes d'ona de matèria només són observables per a partícules extremadament lleugeres com els electrons.
La física al darrere d'aquest experiment
Longitud d'ona de De Broglie
Tota partícula amb quantitat de moviment p té una longitud d'ona associada λ = h/p. Per a una partícula no relativista amb energia cinètica K, això esdevé λ = h/√(2mK): una extensió directa de la dualitat ona-partícula de la llum a la matèria.
Física moderna
- L'efecte fotoelèctric: un llindar d'energia nítid
- L'efecte fotoelèctric: potencial de frenament
- Una fotocèl·lula real: la funció treball del sodi
- Dispersió de Compton: desplaçament de longitud d'ona a 90°
- Dispersió de Compton: desplaçament màxim a retrodispersió
- Dispersió de Compton: comparació en angle ras
- La sèrie de Balmer: línies espectrals visibles de l'hidrogen
- La sèrie de Lyman: línies ultraviolades de l'hidrogen
- La sèrie de Paschen: línies infraroges de l'hidrogen
- Desintegració radioactiva: datació amb carboni-14
- Radioisòtops mèdics: el període curt del tecneci-99m
- Energia de lligam nuclear: el model de gota líquida
138 fulls de treball de laboratori de física gratuïts i imprimibles