Zemas enerģijas elektroni: izteiksmīgāka viļņu daba

1 · Prognozē

Lēnam elektronam ir garāks de Broija viļņa garums nekā ātram. Vai tas nozīmē, ka lēna elektrona viļņu dabu ir vieglāk vai grūtāk novērot eksperimentāli?

2 · Iestati

  1. Atver lēnā elektrona viļņa eksperimentu un nospied Atiestatīt. Šie elektroni kustas daudz lēnāk nekā elektrona de Broija eksperimentā.
  2. Ieslēdz de Broija viļņa garuma rādījumu.
  3. Iestati elektrona (zemo) kinētisko enerģiju katram mēģinājumam un ieraksti tā de Broija viļņa garumu.

3 · Vāc datus

Kinētiskā enerģija K (eV)De Broija viļņa garums λ (pm)
5.00
10.00
20.00

Zīmē viļņa garumu λ (y ass) pret 1/√K (x ass) saviem trim mēģinājumiem. Salīdzini šo viļņa garumu mērogu ar elektrona de Broija eksperimenta.

4 · Analizē

  1. Vienam mēģinājumam izrēķini λ = h/√(2m_eK) ar K 5–20 eV diapazonā. Salīdzini ar tabulu — ievēro, ka šie viļņa garumi (simti pm) ir garāki nekā augstākās enerģijas elektrona de Broija eksperimenta.
  2. Izskaidro, kāpēc kinētiskās enerģijas pazemināšana (kustības daudzuma pazemināšana) vienmēr palielina de Broija viļņa garumu, izmantojot λ = h/p.

5 · Paplašina

  1. 1927. gada Devisona—Džermera eksperiments izkliedēja lēnus elektronus (līdzīgas enerģijas kā šis eksperiments, desmitiem eV) no niķeļa kristāla un novēroja difrakcijas rakstu, kas precīzi atbilda prognozētajam de Broija viļņa garumam — pirmais tiešais eksperimentālais matērijas viļņu apstiprinājums. Izskaidro, kāpēc lēni elektroni (ar viļņa garumiem, salīdzināmiem ar atomu atstatumu kristālā) bija pareizā izvēle šim eksperimentam.
  2. Tehnikas kā lāzera dzesēšana var palēnināt atomus līdz ārkārtīgi zemām kinētiskām enerģijām, dodot tiem de Broija viļņa garumus, pietiekami lielus, lai novērotu pārsteidzošus kvantu viļņu efektus (kā Bozes—Einšteina kondensātus). Izskaidro vispārīgo principu, kas savieno „aukstāku” ar „vairāk viļņveidīgu”.

Fizika aiz šī eksperimenta

De Broija viļņa garums pie zemas enerģijas

Tā kā λ = h/√(2mK), elektrona kinētiskās enerģijas pazemināšana palielina tā de Broija viļņa garumu — lēnas, „aukstas” daļiņas ir ar izteiksmīgāko, visvieglāk novērojamo viļņu uzvedību.

← Atpakaļ pie eksperimenta

Modernā fizika

138 bezmaksas drukājamas fizikas darba lapas