Efeito Compton – o momento de um fóton
FísicaFísica quântica e nuclearIdades 17–18Laboratório virtual
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Um fóton de raios X atinge um elétron em repouso e sai desviado de um ângulo θ com comprimento de onda maior: λ′ − λ = (h/mₑc)(1 − cos θ). Arraste para mudar o ângulo de espalhamento e leia o comprimento de onda e a energia do fóton antes e depois, a energia cinética e a direção do elétron de recuo, e um diagrama vetorial que mostra a conservação do momento: p = p′ + pₑ. A tela Experimento de Compton mede o espectro dos raios X espalhados com um espectrômetro de cristal, com um pico sem desvio e um pico deslocado; faça leituras em vários ângulos e trace Δλ contra (1 − cos θ) para achar o comprimento de onda de Compton e a constante de Planck.
Aula: Dualidade onda–partícula: efeito Compton
O que mostra
Em 1923 Arthur Compton descobriu que os raios X espalhados por grafite contêm um segundo comprimento de onda, maior. Ele explicou o fato tratando os raios X como fótons, cada um com energia E = hc/λ e momento p = h/λ, que ricocheteiam em elétrons livres como bolas de bilhar. A conservação da energia e do momento dá λ′ − λ = (h/mₑc)(1 − cos θ), em que h/mₑc = 2,43 pm é o comprimento de onda de Compton. O deslocamento só depende do ângulo, não do comprimento de onda nem do material, por isso é grande para raios X e gama, mas invisível para a luz. O modelo trata o elétron como livre e em repouso.
Como usar
Em Colisão fóton–elétron, ajuste Comprimento de onda dos raios X λ e arraste na figura ou mova Ângulo de espalhamento θ; toque em Disparar fóton para ver a colisão e em Registrar para pôr uma linha na tabela. Em Experimento de Compton, escolha o Bloco espalhador e um ângulo, arraste no gráfico ou use Leitura do espectrômetro λ′ e seus botões − / + para ficar no pico deslocado; toque em Fazer leitura. Trace Δλ contra (1 − cos θ).
Parâmetros que você pode mudar
- Tela Colisão fóton–elétron, Experimento de Compton
- Comprimento de onda dos raios X 2–100 pm
- Ângulo de espalhamento 0–180 °
- Bloco espalhador Grafite, Alumínio, Cobre
- Mostrar diagrama de momentos
Perguntas para explorar
- Por que o deslocamento a 90° é o mesmo para qualquer comprimento de onda incidente?
- Em que ângulo de espalhamento o elétron de recuo ganha mais energia cinética, e por quê?
- Por que o deslocamento Compton é fácil de detectar com raios X, mas não com luz visível?
