Electrons de baixa energia: una naturalesa ondulatòria més marcada
1 · Prediu
Un electró lent té una longitud d'ona de De Broglie més llarga que un de ràpid. Vol dir això que la naturalesa ondulatòria d'un electró lent és més fàcil o més difícil d'observar experimentalment?
- Més difícil d'observar per a electrons lents.
- Més fàcil: una longitud d'ona més llarga (comparable als espaiaments atòmics o mides d'escletxa) fa els efectes de difracció i interferència més marcats i detectables.
- Els efectes ondulatoris no depenen de la longitud d'ona de l'electró.
2 · Configura
- Obre el predefinit «Electrons de baixa energia» i prem Restableix. Aquests electrons es mouen molt més a poc a poc que a l'experiment «Ones de matèria de De Broglie».
- Activa la lectura de longitud d'ona de De Broglie.
- Defineix l'energia cinètica (baixa) 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) |
|---|---|
| 5.00 | |
| 10.00 | |
| 20.00 |
Representa la longitud d'ona λ (eix y) contra 1/√K (eix x) per a les tres proves. Compara l'escala d'aquestes longituds d'ona amb la de l'experiment «Ones de matèria de De Broglie».
4 · Analitza
- Per a una prova, calcula λ = h/√(2m_eK) amb K en la gamma de 5-20 eV. Compara-ho amb la taula: fixa't que aquestes longituds d'ona (centenars de pm) són més llargues que les de l'experiment «Ones de matèria de De Broglie» de més energia.
- Explica per què baixar l'energia cinètica (baixar la quantitat de moviment) sempre augmenta la longitud d'ona de De Broglie, amb λ = h/p.
5 · Amplia
- L'experiment de Davisson-Germer de 1927 va dispersar electrons lents (energies semblants a aquest experiment, desenes d'eV) contra un cristall de níquel i va observar un patró de difracció que coincideix exactament amb la longitud d'ona de De Broglie predita: la primera confirmació experimental directa de les ones de matèria. Explica per què els electrons lents (amb longituds d'ona comparables a l'espaiament atòmic d'un cristall) eren l'elecció correcta per a aquest experiment.
- Tècniques com el refredament làser poden alentir àtoms fins a energies cinètiques extremadament baixes, donant-los longituds d'ona de De Broglie prou grans per observar efectes ondulatoris quàntics espectaculars (com els condensats de Bose-Einstein). Explica el principi general que connecta «més fred» amb «més ondulatori».
La física al darrere d'aquest experiment
Longitud d'ona de De Broglie a baixa energia
Com que λ = h/√(2mK), baixar l'energia cinètica d'un electró n'augmenta la longitud d'ona de De Broglie: les partícules lentes i «fredes» tenen el comportament ondulatori més pronunciat i fàcil d'observar.
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