Fale materii de Broglie'a: długość fali elektronu

1 · Prognoza

Louis de Broglie zaproponował, że cząstki jak elektrony też mają długość fali, nie tylko światło. Czy szybszy (wyższej energii kinetycznej) elektron ma dłuższą czy krótszą falę de Broglie'a?

• Dłuższą falę dla szybszych elektronów.
• Długość fali nie zależy od energii kinetycznej.
• Krótszą — wyższa energia kinetyczna znaczy wyższy pęd, a długość fali jest odwrotnie proporcjonalna do pędu.

2 · Przygotowanie

1. Otwórz preset electron-de-broglie i naciśnij Reset.
2. Włącz odczyt długości fali de Broglie'a.
3. Ustaw energię kinetyczną elektronu dla każdej próby i zapisz jego falę de Broglie'a.

3 · Zbieranie danych

Narysuj długość fali λ (oś y) względem 1/√K (oś x) dla trzech prób. Czy prosta przechodzi przez początek układu?

4 · Analiza

1. Dla jednej próby oblicz λ = h/√(2m_eK), używając h = 6.626×10⁻³⁴ J·s; m_e = 9.109×10⁻³¹ kg (przeliczając K z eV na dżule). Porównaj z tabelą.
2. Wyjaśnij, korzystając z λ = h/p i p = √(2m_eK), dlaczego większa energia kinetyczna (a więc większy pęd) daje KRÓTSZĄ falę — zależność odwrotną niż E = hc/λ fotonu.

5 · Rozszerzenie

1. Mikroskopy elektronowe wykorzystują maleńką falę de Broglie'a elektronu (dużo krótszą od światła widzialnego), by rozróżnić detale dużo mniejsze niż jakikolwiek mikroskop optyczny. Wyjaśnij, dlaczego użycie wyższej energii elektronów (krótsza fala) ogólnie poprawia rozdzielczość mikroskopu elektronowego.
2. Rzucona piłka baseballowa też ma falę de Broglie'a, ale o rząd za małą, by ją kiedykolwiek zauważyć. Używając λ = h/p z typowym pędem piłki, wyjaśnij, dlaczego efekty fal materii są obserwowalne tylko dla skrajnie lekkich cząstek, jak elektrony.

Fizyka tego eksperymentu

← Wróć do eksperymentu