Diffraction des électrons et longueur d'onde de de Broglie – tube de diffraction, fentes d'Young, microscope électronique
PhysiquePhysique quantique et nucléaire17–18 ans
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Connectez-vous pour lancerUn tube de diffraction d'électrons avec une feuille de graphite : modifiez la tension accélératrice U et observez les anneaux de l'écran fluorescent rétrécir quand U augmente, mesurez leurs diamètres avec un gabarit circulaire, remplissez un tableau, tracez D en fonction de 1/√U puis calculez la longueur d'onde λ = h/√(2meU) et la distance d entre plans atomiques. Comparez avec les anneaux de rayons X de même longueur d'onde et approchez un aimant du tube. L'écran Fentes d'Young envoie les électrons un par un et construit des franges d'interférence ; l'écran Microscope compare la résolution d'un microscope optique et d'un microscope électronique en transmission.
Leçon : Dualité onde-corpuscule : longueur d'onde de de Broglie, diffraction des électrons, interférences d'électrons avec des fentes d'Young, microscope électronique
Ce qu’elle montre
De Broglie a proposé que toute particule possède une longueur d'onde λ = h/p. Des électrons accélérés sous une tension U ont une quantité de mouvement p = √(2meU), donc λ = h/√(2meU), quelques picomètres pour quelques kilovolts. Une fine feuille de graphite polycristallin agit comme un réseau : la réflexion de Bragg 2d sinθ = λ sur deux familles de plans dévie les électrons selon des cônes qui donnent deux anneaux sur l'écran. Augmenter U raccourcit λ et rétrécit les anneaux. Envoyés un par un à travers des fentes d'Young, les électrons arrivent comme des particules mais forment des franges d'onde.
Mode d’emploi
Dans l'onglet Tube de diffraction, réglez Tension U, faites glisser sur l'écran ou utilisez Gabarit D pour placer le cercle en pointillés sur un anneau, choisissez Anneau mesuré puis cliquez sur Enregistrer. Recommencez pour plusieurs tensions et lisez d sur les droites ajustées. Essayez Comparer aux rayons X avec Même longueur d'onde, et Approcher un aimant. Dans Fentes d'Young, changez Fentes, Écart d et Débit ; dans Microscope, la Tension du MET.
Paramètres modifiables
- Écran Tube de diffraction d'électrons, Électrons et fentes d'Young, Microscope électronique
- Tension accélératrice U (tube de diffraction) 1,5–5 kV
- Afficher le réseau du graphite
- Approcher un aimant du tube
- Comparer aux rayons X
- Énergie des photons X 20–120 keV
- Tension accélératrice U (fentes d'Young) 10–100 kV
- Écart entre les fentes d 0,5–4 µm
- Fentes Deux fentes ouvertes, Une fente fermée, Détecteur de fente
- Débit d'électrons Lent (un par un), Moyen, Rapide
- Afficher la répartition prévue
- Tension accélératrice du microscope électronique 10–300 kV
- Longueur d'onde de la lumière du microscope optique 400–700 nm
Questions à explorer
- Pourquoi les anneaux rétrécissent-ils quand on augmente la tension accélératrice ?
- Pourquoi un aimant déplace-t-il les anneaux des électrons mais pas ceux des rayons X ?
- Pourquoi les franges disparaissent-elles quand un détecteur indique par quelle fente passe chaque électron ?
