Espalhamento Compton: mudança de comprimento de onda em 90°

1 · Prever

Um fóton de raio X dispersa um elétron livre. O comprimento de onda do fóton espalhado muda e, em caso afirmativo, a quantidade de mudança depende do ângulo de dispersão?

• A mudança de comprimento de onda é a mesma em todos os ângulos.
• Sim — a mudança de comprimento de onda aumenta com o ângulo de espalhamento, atingindo seu máximo em 180° (reto para trás).
• O comprimento de onda do fóton espalhado não muda (como o espalhamento de onda clássico).

2 · Preparar

1. Abra o compton-90 preset e pressione Redefinir. O comprimento de onda do raio X incidente é 0.05 nm.
2. Ative a leitura de mudança de comprimento de onda.
3. Defina o ângulo de dispersão para cada tentativa e registre a mudança de comprimento de onda.

3 · Coletar Dados

Plote Δλ (eixo y) contra (1 - cos θ) (eixo x) para suas três tentativas. A linha passa direto pela origem?

4 · Analisar

1. Para uma tentativa, calcule Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ) usando h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, m_e = 9.109×10⁻³¹ kg, c = 3×10⁸ m/s. Compare com a tabela.
2. Observe que Δλ não depende do comprimento de onda incidente - apenas do ângulo. Explique por que o deslocamento Compton é o mesmo, quer o raio X recebido seja 0.05 nm ou 0.5 nm.

5 · Aprofundar

1. A experiência 1923 de Compton foi uma evidência histórica de que a luz se comporta como partículas (fótons) com momento definido, e não apenas como ondas - uma imagem puramente ondulatória não prevê nenhuma mudança de comprimento de onda na dispersão. Explique por que uma mudança DEPENDENTE do comprimento de onda teria sido impossível de explicar classicamente.
2. A constante h/(m_ec) ≈ 2.43 pm é chamada de comprimento de onda Compton do elétron. Explique por que isso define a escala de tamanho natural para quanto o comprimento de onda de um fóton pode mudar ao espalhar um elétron.

A física por trás deste experimento

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