Electrones de baja energía: una naturaleza ondulatoria más pronunciada
1 · Predecir
Un electrón que se mueve lentamente tiene una longitud de onda de De Broglie más larga que uno rápido. ¿Significa esto que la naturaleza ondulatoria de un electrón lento es más fácil o más difícil de observar experimentalmente?
- Más difícil de observar para electrones lentos.
- Más fácil: una longitud de onda más larga (comparable a los espaciamientos atómicos o los tamaños de rendijas) hace que los efectos de difracción e interferencia sean más pronunciados y detectables.
- Los efectos de las ondas no dependen de la longitud de onda del electrón.
2 · Configurar
- Abra el preajuste de onda de electrones lentos y presione Restablecer. Estos electrones se mueven mucho más lentamente que en el experimento del electrón de Broglie.
- Habilite la lectura de longitud de onda de De Broglie.
- Establezca la energía cinética (baja) del electrón para cada prueba y registre su longitud de onda de De Broglie.
3 · Recopilar Datos
| Energía cinética K (eV) | Longitud de onda de De Broglie λ (pm) |
|---|---|
| 5.00 | |
| 10.00 | |
| 20.00 |
Grafique la longitud de onda λ (eje y) frente a 1/√K (eje x) para sus tres pruebas. Compare la escala de estas longitudes de onda con la del experimento de electron-de-broglie.
4 · Analizar
- Para una prueba, calcule λ = h/√(2m_eK) usando K en el rango 5-20 eV. Compare con la tabla: observe que estas longitudes de onda (cientos de pm) son más largas que las del experimento de electrones de Broglie de mayor energía.
- Explique, usando λ = h/p, por qué disminuir la energía cinética (disminuir el momento) siempre aumenta la longitud de onda de De Broglie.
5 · Ampliar
- El experimento 1927 Davisson-Germer dispersó electrones lentos (energías similares a este experimento, decenas de eV) de un cristal de níquel y observó un patrón de difracción que coincidía exactamente con la longitud de onda de De Broglie predicha: la primera confirmación experimental directa de las ondas de materia. Explique por qué los electrones lentos (con longitudes de onda comparables al espaciado atómico en un cristal) fueron la elección correcta para este experimento.
- Técnicas como el enfriamiento por láser pueden reducir la velocidad de los átomos a energías cinéticas extremadamente bajas, dándoles longitudes de onda de De Broglie lo suficientemente grandes como para observar sorprendentes efectos de ondas cuánticas (como los condensados de Bose-Einstein). Explique el principio general que conecta "más frío" con "más ondulante".
La física detrás de este experimento
Longitud de onda de De Broglie a baja energía
Dado que λ = h/√(2mK), la reducción de la energía cinética de un electrón aumenta su longitud de onda de De Broglie: las partículas lentas y "frías" tienen el comportamiento ondulatorio más pronunciado y más fácil de observar.