Interferência de fenda dupla eletrônica
1 · Prever
Os elétrons disparados um de cada vez através de duas fendas estreitas criam um padrão de interferência em uma tela, assim como fazem as ondas de luz. Um elétron mais rápido (comprimento de onda de De Broglie mais curto) produz franjas de interferência mais largas ou mais estreitas?
- Franjas mais estreitas – o espaçamento das franjas é proporcional ao comprimento de onda, e elétrons mais rápidos têm comprimentos de onda mais curtos.
- Franjas mais largas para elétrons mais rápidos.
- O espaçamento das franjas não depende da velocidade do elétron.
2 · Preparar
- Abra o preset de fenda dupla de elétrons e pressione Redefinir. Separação entre fendas = 100 nm, distância até a tela = 50 cm.
- Ative as leituras de comprimento de onda de Broglie e espaçamento de franja.
- Defina a energia cinética do elétron para cada tentativa e registre o espaçamento das franjas de interferência na tela.
3 · Coletar Dados
| Energia cinética K (eV) | Comprimento de onda de De Broglie λ (pm) | Espaçamento de franja y (cm) |
|---|---|---|
| 100.00 | ||
| 150.00 | ||
| 200.00 |
Plote o espaçamento das franjas y (eixo y) em relação ao comprimento de onda λ (eixo x) para suas três tentativas. A linha passa direto pela origem?
4 · Analisar
- Para uma tentativa, calcule λ = h/√(2m_eK), então o espaçamento de franja y = λL/d usando a distância da tela L = 50 cm e a separação de fenda d = 100 nm. Compare ambos com a tabela.
- Explique por que esta é exatamente a mesma fórmula da franja de fenda dupla usada para a luz - uma vez que você aceita que os elétrons têm um comprimento de onda, seu padrão de interferência obedece a uma matemática de ondas idêntica.
5 · Aprofundar
- Notavelmente, este padrão de interferência aumenta mesmo quando os elétrons são disparados através do aparelho, um de cada vez, com longos intervalos entre eles. Explique por que isso exclui a ideia de que os elétrons estão simplesmente interferindo uns com os outros e, em vez disso, sugere que cada elétron de alguma forma “interfere consigo mesmo”.
- Se você configurar um detector para determinar por qual fenda cada elétron realmente passou, o padrão de interferência desaparece – em vez disso, você obtém duas bandas simples. Por que 'medir qual caminho' pode destruir fundamentalmente a interferência das ondas?
A física por trás deste experimento
Espaçamento de franja de interferência eletrônica
Assim como acontece com a luz, duas fontes de ondas coerentes separadas pela distância d produzem franjas de interferência espaçadas por y = λL/d em uma tela à distância L. Para elétrons, λ é o comprimento de onda de de Broglie h/√(2mK), então elétrons mais rápidos produzem franjas mais espaçadas.