1923 half Arthur Compton dabei, einige der ersten realen Beweise dafür zu liefern. Einsteins Postulation dass Photonen wie Teilchen wirken können. Mit Röntgenstrahlen und etwas Graphit half er fast im Alleingang, unser modernes Verständnis der Welle-Teilchen-Dualität zu demonstrieren.
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Was ist der Compton-Effekt?
Der Compton-Effekt oder Compton-Streuung ist der Begriff für das, was mit der Energie eines Photons geschieht wie ein Röntgenstrahl oder Gammastrahlung, wenn sie mit Materie hauptsächlich Elektronen interagiert.Wenn dies geschieht, nimmt seine Wellenlänge zu oder Energie / Frequenz nimmt ab, wenn es von einem Zielelektronen gestreut wird.
Es wurde zuerst beschrieben von Arthur Holly Compton 1923 und ist ein grundlegendes Prinzip in der Physik. Compton machte seine Entdeckung nach umfangreichen Experimenten, bei denen Röntgenstrahlen von den Elektronen der Graphitatome reflektiert wurden.
Durch seine Arbeit entdeckte er, dass Röntgenstrahlen, die von Graphitelektronen gestreut wurden, eine niedrigere Frequenz und längere Wellenlänge hatten als ihre Eigenschaften, bevor sie auf sie trafen.
Der Betrag, um den sich die Frequenz ändert, hängt auch vom Streuwinkel und dem Betrag ab, um den der Strahl von seinem ursprünglichen Weg abgelenkt wird.
Eine großartige Analogie ist ein Billardspiel. Stellen Sie sich einen Tisch mit nur einem Spielball und dem 8-Ball vor.
Wenn Sie den Spielball auf den 8-Ball schlagen, der sich in Ruhe befand, trifft der Spielball ihn und wird in einem bestimmten Winkel abgelenkt o Streuung. Außerdem verliert er einen Teil seines anfänglichen Impulses und seiner kinetischen Energie.
Dies ist sehr ähnlich zu dem, was passiert, wenn ein Röntgenphoton ein Elektron "trifft" und von ihm streut.
Wer war Arthur Holly Compton?
Arthur Holly Compton war ein amerikanischer Physiker, der 1927 den Nobelpreis für Physik für seine Entdeckung des zu seinen Ehren genannten Effekts erhielt.
Er wurde am 10. September 1892 in Wooster, Ohio, geboren. Seine Familie war sehr akademisch. Sein Vater, der Dekan der University of Wooster, und seine Brüder promovierten beide an derselben Universität.
Arthur hatte ein frühes Interesse an Astronomie und schaffte es sogar 1910, ein Foto von Halleys Kometen aufzunehmen. Später schloss er die Wooster University mit einem B.Sc. ab und schloss 1914 einen MA in Princeton ab.
Später promovierte er 1916 in Physik in Princeton. Nachdem er zwischen 1916 und 1917 als Physiklehrer gearbeitet hatte, wurde ihm später einer der ersten beiden verliehen. Stipendien des Nationalen Forschungsrats 1919 konnten Studenten im Ausland studieren.
Während seines Studiums an der Universität von Cambridge untersuchte Compton die Streuung und Absorption von Gammastrahlen.
Nach seiner Rückkehr in die USA wurde Compton 1920 zum Leiter des Fachbereichs Physik an der Washington University ernannt. Hier wurde seine wichtigste Arbeit abgeschlossen.
Was beweist der Compton-Effekt?
Comptons Arbeit lieferte effektiv zusätzliche Belege für Einsteins Auflösung des fotoelektrischer Effekt . Innerhalb dieses Effekts postulierte Einstein, dass Licht als diskrete Teilchen und nicht als Wellen auftreten kann, die theoretisch zur Stromerzeugung verwendet werden könnten.
Dieser Effekt ist die grundlegende Grundlage für die Funktionsweise moderner Solarzellen.
Aber als es 1905 vorgeschlagen wurde, brauchte es wirklich einige experimentelle Beweise, um die Theorie zu bestätigen. Comptons Arbeit lieferte dies und zeigte, dass Photonen tatsächlich ein partikelähnliches Verhalten zeigen.
Für seine Ergebnisse wurde Compton 1927 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet. Seitdem haben viele tausend andere Experimente gezeigt, dass Licht sowohl Wellen- als auch Teilchenverhalten zeigen kann, eine Eigenschaft, die als Welle-Teilchen-Dualität bezeichnet wird.
Seitdem ist es einer der Eckpfeiler der Quantenmechanik.
Warum ist der Compton-Effekt wichtig?
Der Compton-Effekt ist wichtig, weil es zeigt, dass Licht nicht nur als Wellenphänomen erklärt werden kann. Dies widersprach dem lang gehegten Glauben zu der Zeit, als es genannt wurde Thomson-Streuung .
Diese klassische Theorie einer elektromagnetischen Welle, die von geladenen Teilchen gestreut wird, kann die Verschiebung der Wellenlänge mit geringer Intensität nicht erklären.
"Klassischerweise verursacht das Licht mit ausreichender Intensität, damit das elektrische Feld ein geladenes Teilchen auf eine relativistische Geschwindigkeit beschleunigt, einen Rückstoß des Strahlungsdrucks und eine damit verbundene Doppler-Verschiebung des gestreuten Lichts, aber der Effekt würde bei ausreichend schwachem Licht beliebig gering werdenIntensitäten unabhängig von der Wellenlänge.
Das Licht muss sich so verhalten, als ob es aus Partikeln besteht, um die Compton-Streuung geringer Intensität zu erklären. Comptons Experiment überzeugte die Physiker davon, dass sich Licht wie ein Partikelstrom verhalten kann, dessen Energie proportional zur Frequenz ist. "- eng.libretexts.org .
Wie wurde der Compton-Effekt entdeckt?
Compton machte seine Entdeckung, indem er Röntgenstrahlen von Elektronen in einem Kohlenstoffziel streute und gestreute Röntgenstrahlen mit einer längeren Wellenlänge als die auf das Ziel einfallenden fand.
" Comptons ursprüngliches Experiment verwendete Molybdän-K-alpha-Röntgenstrahlen mit einer Wellenlänge von0,0709 nm . Diese wurden von einem Kohlenstoffblock gestreut und mit einem Bragg-Spektrometer unter verschiedenen Winkeln beobachtet. Das Spektrometer besteht aus einem rotierenden Gerüst mit einem Calcitkristall zur Beugung der Röntgenstrahlen und einer Ionisationskammer zur Detektion der Röntgenstrahlen. Da der Abstand der Kristallebenen in Calcit bekannt ist, ergibt der Beugungswinkel eine genaueMaß für die Wellenlänge. "-
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1. Der Compton-Effekt lieferte den ersten Beweis für Einsteins Postulation, dass sich Licht sowohl als Teilchen als auch als Welle verhalten kann.
2. Comptons Entdeckung wurde auch vom niederländischen physikalischen Chemiker unabhängig beobachtet
Peter Debye im selben Jahr. 3. Compton erhielt 1927 für seine Entdeckungen den Nobelpreis für Physik.
4. Compton Scattering ist ein Beispiel für
unelastische Streuung von Licht durch ein frei geladenes Teilchen. Hier unterscheidet sich die Wellenlänge des gestreuten Lichts von der der einfallenden Strahlung. 5. Compton-Streuung ist einer von drei konkurrierenden Prozessen, wenn Photonen mit Materie interagieren. Bei niedrigeren Energien von wenigen eV- oder keV-Photonen können Photonen vollständig absorbiert werden, was dazu führt, dass ein Elektron aus einem Wirtsatom ausgestoßen wird.
Bei höheren Energien von
1,022 MeV oder mehr, das Photon kann den Kern des Wirtsatoms bombardieren und die Bildung eines Elektrons und eines Positrons bewirken Paarproduktion . Werbung
früher, 1922 Compton konnte nachweisen, dass die Röntgenstrahlen vollständig intern von Glas- und Silberspiegeln reflektiert werden können. Dies ermöglichte die genauen Werte für den Brechungsindex und die elektronischen Populationen von Substanzen. Es konnten auch genauere Werte für die Ladung eines Elektrons bestimmt werden.
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