குறைந்த-ஆற்றல் எலக்ட்ரான்கள்: அதிக உச்சரிக்கப்படும் அலை இயல்பு

1 · கணிப்பு

மெதுவாக நகரும் ஒரு எலக்ட்ரான், வேகமான ஒன்றை விட நீளமான டி ப்ராக்லி அலைநீளத்தைக் கொண்டுள்ளது. இதனால் மெதுவான எலக்ட்ரானின் அலை இயல்பை சோதனை ரீதியாக கவனிப்பது எளிதானதாவா கடினமானதாவா?

2 · அமைப்பு

  1. slow-electron-wave முன்னமைப்பைத் திறந்து மீட்டமையை அழுத்துங்கள். இந்த எலக்ட்ரான்கள், electron-de-broglie சோதனையை விட மிக மெதுவாக நகர்கின்றன.
  2. டி ப்ராக்லி அலைநீள வாசிப்பை இயக்குங்கள்.
  3. ஒவ்வொரு முயற்சிக்கும் எலக்ட்ரானின் (குறைந்த) இயக்க ஆற்றலை அமைத்து அதன் டி ப்ராக்லி அலைநீளத்தைப் பதிவு செய்யுங்கள்.

3 · தரவு சேகரி

இயக்க ஆற்றல் K (eV)டி ப்ராக்லி அலைநீளம் λ (pm)
5.00
10.00
20.00

உங்கள் மூன்று முயற்சிகளுக்கும், 1/√K (x-அச்சு) எதிராக அலைநீளம் λ (y-அச்சு)-ஐ வரையுங்கள். இந்த அலைநீளங்களின் அளவை electron-de-broglie சோதனையுடன் ஒப்பிடுங்கள்.

4 · பகுப்பாய்வு

  1. ஒரு முயற்சிக்கு, 5-20 eV வரம்பில் உள்ள K-ஐப் பயன்படுத்தி λ = h/√(2m_eK) கணக்கிடுங்கள். அட்டவணையுடன் ஒப்பிடுங்கள் — இந்த அலைநீளங்கள் (நூற்றுக்கணக்கான pm), உயர்-ஆற்றல் electron-de-broglie சோதனையின் அலைநீளங்களை விட நீளமானவை என்பதைக் கவனியுங்கள்.
  2. λ = h/p பயன்படுத்தி, இயக்க ஆற்றலைக் குறைப்பது (உந்தத்தைக் குறைப்பது) டி ப்ராக்லி அலைநீளத்தை எப்போதும் ஏன் அதிகரிக்கிறது என்று விளக்குங்கள்.

5 · நீட்டிப்பு

  1. 1927 டேவிசன்-ஜெர்மர் சோதனை, மெதுவான எலக்ட்ரான்களை (இந்த சோதனையை ஒத்த ஆற்றல்கள், பத்துகளில் eV) ஒரு நிக்கல் படிகத்தில் இருந்து பரியச் செய்து, சரியாக கணிக்கப்பட்ட டி ப்ராக்லி அலைநீளத்துடன் பொருந்தும் ஒரு விளிம்பு விலகல் வடிவத்தை கவனித்தது — பொருள் அலைகளின் முதல் நேரடி சோதனை உறுதிப்படுத்தல். ஒரு படிகத்தில் அணு இடைவெளிகளுடன் ஒப்பிடக்கூடிய அலைநீளங்கள் கொண்ட மெதுவான எலக்ட்ரான்கள், இந்த சோதனைக்கு ஏன் சரியான தேர்வு என்று விளக்குங்கள்.
  2. லேசர் குளிர்வித்தல் போன்ற நுட்பங்கள், அணுக்களை மிகவும் குறைந்த இயக்க ஆற்றல்களுக்கு மெதுவாக்கி, குறிப்பிடத்தக்க குவாண்டம் அலை விளைவுகளை (போஸ்-ஐன்ஸ்டைன் செறிவு போன்றவை) கவனிக்க போதுமான பெரிய டி ப்ராக்லி அலைநீளங்களைத் தருகின்றன. 'குளிர்ந்தது' என்பதை 'அதிக அலை போன்றது' உடன் இணைக்கும் பொதுவான கொள்கையை விளக்குங்கள்.

இந்த சோதனையின் பின்னணி இயற்பியல்

குறைந்த ஆற்றலில் டி ப்ராக்லி அலைநீளம்

λ = h/√(2mK) ஆக இருப்பதால், ஒரு எலக்ட்ரானின் இயக்க ஆற்றலைக் குறைப்பது அதன் டி ப்ராக்லி அலைநீளத்தை அதிகரிக்கும் — மெதுவான, 'குளிர்ந்த' துகள்கள் மிகவும் உச்சரிக்கப்பட்டு, கவனிக்க எளிதான அலை நடத்தையைக் கொண்டுள்ளன.

← சோதனைக்குத் திரும்பு

நவீன இயற்பியல்

138 இலவச அச்சிடக்கூடிய இயற்பியல் ஆய்வகப் பணித்தாள்கள்