Espalhamento Compton: uma comparação de ângulo raso
1 · Prever
Em pequenos ângulos de dispersão, um fóton quase não muda de direção. Sua mudança de comprimento de onda também se torna cada vez menor à medida que o ângulo se aproxima de zero?
- Sim - como θ → 0°, (1 − cos θ) → 0, então o deslocamento do comprimento de onda desaparece para um fóton que mal se espalha.
- A mudança permanece aproximadamente constante mesmo em ângulos pequenos.
- Na verdade, a mudança aumenta em ângulos pequenos.
2 · Preparar
- Abra o compton-45 preset e pressione Redefinir. O comprimento de onda do raio X incidente é 0.08 nm; o ângulo de dispersão é fixado em 45°.
- Ative a leitura de mudança de comprimento de onda.
- Defina o ângulo de dispersão para cada tentativa (ângulos pequenos) e registre a mudança de comprimento de onda.
3 · Coletar Dados
| Ângulo de dispersão θ (°) | Deslocamento de comprimento de onda Δλ (pm) |
|---|---|
| 15.00 | |
| 30.00 | |
| 45.00 |
Plote Δλ (eixo y) em relação ao ângulo de dispersão θ (eixo x) para suas três tentativas.
4 · Analisar
- Para uma tentativa, calcule Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ). Compare com a tabela. Confirme que o deslocamento diminui à medida que θ diminui.
- Explique por que um fóton quase não defletido (θ pequeno) transfere muito pouco momento para o elétron e, portanto, perde muito pouca energia - daí a pequena mudança no comprimento de onda.
5 · Aprofundar
- Ao contrário do comprimento de onda incidente deste experimento (0.08 nm, diferente do 0.05 nm de Compton-90), o comprimento de onda SHIFT Δλ em qualquer ângulo seria idêntico entre os dois experimentos. Explique por que a fórmula de Compton torna o deslocamento independente do comprimento de onda do fóton que chega.
- Em ângulos muito pequenos, Δλ fica difícil de medir experimentalmente em comparação com o comprimento de onda incidente (muito maior). Explique por que os experimentos de espalhamento Compton costumam usar raios X de comprimento de onda curto em vez de luz visível, onde um deslocamento já minúsculo, na escala de picômetros, seria ainda menos perceptível.
A física por trás deste experimento
Mudança Compton em pequenos ângulos
Como θ → 0°, (1 − cos θ) → 0, então Δλ → 0: um fóton que quase não muda de direção quase não perde energia, consistente com a conservação do momento para uma colisão quase imperturbada.