Elétrons de baixa energia: uma natureza ondulatória mais pronunciada
1 · Prever
Um elétron que se move lentamente tem um comprimento de onda de De Broglie maior do que um elétron rápido. Isso significa que a natureza ondulatória de um elétron lento é mais fácil ou mais difícil de observar experimentalmente?
- Mais difícil de observar para elétrons lentos.
- Mais fácil – um comprimento de onda mais longo (comparável aos espaçamentos atômicos ou tamanhos de fenda) torna os efeitos de difração e interferência mais pronunciados e detectáveis.
- Os efeitos das ondas não dependem do comprimento de onda do elétron.
2 · Preparar
- Abra a predefinição de onda eletrônica lenta e pressione Redefinir. Esses elétrons se movem muito mais lentamente do que no experimento do elétron-de-broglie.
- Ative a leitura do comprimento de onda de Broglie.
- Defina a energia cinética (baixa) do elétron para cada tentativa e registre seu comprimento de onda de Broglie.
3 · Coletar Dados
| Energia cinética K (eV) | Comprimento de onda de De Broglie λ (pm) |
|---|---|
| 5.00 | |
| 10.00 | |
| 20.00 |
Plote o comprimento de onda λ (eixo y) em relação a 1/√K (eixo x) para suas três tentativas. Compare a escala desses comprimentos de onda com a do experimento do elétron-de-broglie.
4 · Analisar
- Para uma tentativa, calcule λ = h/√(2m_eK) usando K no intervalo 5-20 eV. Compare com a tabela - observe que esses comprimentos de onda (centenas de pm) são mais longos do que os do experimento do elétron-de-broglie de energia mais alta.
- Explique, usando λ = h/p, por que diminuir a energia cinética (diminuir o momento) sempre aumenta o comprimento de onda de De Broglie.
5 · Aprofundar
- O experimento 1927 Davisson-Germer dispersou elétrons lentos (energias semelhantes a este experimento, dezenas de eV) de um cristal de níquel e observou um padrão de difração que corresponde exatamente ao comprimento de onda de De Broglie previsto - a primeira confirmação experimental direta de ondas de matéria. Explique por que os elétrons lentos (com comprimentos de onda comparáveis ao espaçamento atômico em um cristal) foram a escolha certa para este experimento.
- Técnicas como o resfriamento a laser podem desacelerar os átomos até energias cinéticas extremamente baixas, dando-lhes comprimentos de onda de De Broglie grandes o suficiente para observar efeitos impressionantes de ondas quânticas (como condensados de Bose-Einstein). Explique o princípio geral que liga “mais frio” a “mais ondulatório”.
A física por trás deste experimento
Comprimento de onda de De Broglie em baixa energia
Como λ = h/√(2mK), diminuir a energia cinética de um elétron aumenta seu comprimento de onda de Broglie - partículas lentas e 'frias' têm o comportamento de onda mais pronunciado e mais fácil de observar.