Electroni cu energie joasă: o natură ondulatorie mai pronunțată

1 · Prezice

Un electron lent are o lungime de undă de Broglie mai lungă decât unul rapid. Înseamnă asta că natura ondulatorie a unui electron lent este mai ușor sau mai greu de observat experimental?

• Mai greu de observat pentru electronii lenți.
• Mai ușor — o lungime de undă mai mare (comparabilă cu distanțele atomice sau mărimile fantelor) face efectele de difracție și interferență mai pronunțate și detectabile.
• Efectele ondulatorii nu depind de lungimea de undă a electronului.

2 · Montaj

1. Deschide presetarea slow-electron-wave și apasă Resetează. Acești electroni se mișcă mult mai lent decât în experimentul electron-de-broglie.
2. Activează citirea lungimii de undă de Broglie.
3. Setează energia cinetică (joasă) a electronului pentru fiecare încercare și înregistrează-i lungimea de undă de Broglie.

3 · Colectează date

Plotează lungimea de undă λ (axa y) în funcție de 1/√K (axa x) pentru cele trei încercări. Compară scara acestor lungimi de undă cu cele ale experimentului electron-de-broglie.

4 · Analizează

1. Pentru o încercare, calculează λ = h/√(2m_eK) folosind K în intervalul 5-20 eV. Compară cu tabelul — observă faptul că aceste lungimi de undă (sute de pm) sunt mai lungi decât ale experimentului electron-de-broglie, cu energie mai mare.
2. Explică de ce scăderea energiei cinetice (scăderea impulsului) crește mereu lungimea de undă de Broglie, folosind λ = h/p.

5 · Extinde

1. Experimentul Davisson-Germer din 1927 a împrăștiat electroni lenți (energii similare cu acest experiment, zeci de eV) pe un cristal de nichel și a observat un tipar de difracție care corespundea exact lungimii de undă de Broglie prezise — prima confirmare experimentală directă a undelor de materie. Explică de ce electronii lenți (cu lungimi de undă comparabile cu distanțele atomice dintr-un cristal) au fost alegerea potrivită pentru acest experiment.
2. Tehnici ca răcirea laser pot încetini atomii până la energii cinetice extrem de joase, dându-le lungimi de undă de Broglie suficient de mari pentru a observa efecte ondulatorii cuantice spectaculoase (ca condensatele Bose-Einstein). Explică principiul general care leagă „mai rece” de „mai ondulatoriu”.

Fizica din spatele acestui experiment

← Înapoi la experiment

138 de fișe de laborator de fizică tipăribile gratuit