Unde de materie de Broglie: lungimea de undă a unui electron

1 · Prezice

Louis de Broglie a propus că și particulele precum electronii au o lungime de undă, nu doar lumina. Are un electron mai rapid (cu energie cinetică mai mare) o lungime de undă de Broglie mai lungă sau mai scurtă?

2 · Montaj

  1. Deschide presetarea electron-de-broglie și apasă Resetează.
  2. Activează citirea lungimii de undă de Broglie.
  3. Setează energia cinetică a electronului pentru fiecare încercare și înregistrează-i lungimea de undă de Broglie.

3 · Colectează date

Energia cinetică K (eV)Lungimea de undă de Broglie λ (pm)
50.00
100.00
200.00

Plotează lungimea de undă λ (axa y) în funcție de 1/√K (axa x) pentru cele trei încercări. Linia este dreaptă prin origine?

4 · Analizează

  1. Pentru o încercare, calculează λ = h/√(2m_eK) folosind h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, m_e = 9.109×10⁻³¹ kg (convertind K din eV în jouli). Compară cu tabelul.
  2. Explică, folosind λ = h/p și p = √(2m_eK), de ce energia cinetică mai mare (și deci impulsul mai mare) produce o lungime de undă MAI SCURTĂ — relația opusă față de E = hc/λ al unui foton.

5 · Extinde

  1. Microscoapele electronice exploatează lungimea de undă de Broglie minusculă a electronului (mult mai scurtă decât lumina vizibilă) pentru a rezolva detalii mult mai mici decât ar putea vreodată un microscop optic. Explică de ce folosirea electronilor cu energie mai mare (lungime de undă mai scurtă) îmbunătățește în general rezoluția unui microscop electronic.
  2. Și o minge de baseball aruncată are o lungime de undă de Broglie, dar mult prea mică pentru a fi observată vreodată. Folosind λ = h/p cu impulsul tipic al unei mingi de baseball, explică de ce efectele undelor de materie sunt observabile doar pentru particule extrem de ușoare, ca electronii.

Fizica din spatele acestui experiment

Lungime de undă de Broglie

Fiecare particulă cu impulsul p are o lungime de undă asociată λ = h/p. Pentru o particulă nerelativistă cu energia cinetică K, aceasta devine λ = h/√(2mK) — o extindere directă a dualității undă-particulă a luminii la materie.

← Înapoi la experiment

Fizică modernă

138 de fișe de laborator de fizică tipăribile gratuit