






Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
Prepare-se para as provas
Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Prepare-se para as provas com trabalhos de outros alunos como você, aqui na Docsity
Os melhores documentos à venda: Trabalhos de alunos formados
Prepare-se com as videoaulas e exercícios resolvidos criados a partir da grade da sua Universidade
Responda perguntas de provas passadas e avalie sua preparação.
Ganhe pontos para baixar
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
Comunidade
Peça ajuda à comunidade e tire suas dúvidas relacionadas ao estudo
Descubra as melhores universidades em seu país de acordo com os usuários da Docsity
Guias grátis
Baixe gratuitamente nossos guias de estudo, métodos para diminuir a ansiedade, dicas de TCC preparadas pelos professores da Docsity
Este artigo aborda o efeito compton, um fenômeno físico que demonstra a natureza corpuscular da luz. O texto descreve a história da descoberta, os experimentos realizados por arthur compton, as previsões do modelo de onda e do modelo de fóton, e as aplicações do efeito compton em diversas áreas, como inspeção industrial, imageamento médico e agricultura. O artigo também discute a importância do efeito compton para a compreensão da física quântica.
Tipologia: Esquemas
1 / 10
Esta página não é visível na pré-visualização
Não perca as partes importantes!
Contexto histórico Arthur Holly Compton nasceu em Wooster, no estado americano de Ohio, no dia 10 de setembro de 1892, Arthur H. Compton estudou em sua cidade natal quando jovem e na Universidade de Princeton, onde obteve seu doutorado em 1916. Por volta de 1923 em um contexto de rápido crescimento da Física Moderna, ele realizou um experimento que comprovaria a natureza dual da radiação eletromagnética, evidenciando o fato de que essas radiações podem, além de se comportarem como ondas, se comportar como partículas em certas experiências. A física clássica na época não conseguia explicar o aumento do comprimento de onda após uma dispersão, isso gerou bastante embate entre os físicos e inúmeras críticas o principal aspecto de hostilidade à descoberta de Compton por alguns físicos estava relacionado a “como unificar as teorias de partículas e de ondas”, porém a física quântica que emergia na época encaixou perfeitamente com os dados experimentais. Neste sentido, Compton modificou o seu programa de pesquisa, indo da teoria semiclássica à quântica. A imagem do físico norte-americano Arthur Holly Compton, vencedor do Prêmio Nobel de 1927, está associada à ideia de um físico quântico, um dos “pais fundadores” dessa teoria. Não obstante, a análise da biografia intelectual de Compton revela- nos um físico que dedicou quase todo o seu programa de investigação ao estudo do fenômeno dos raios-X e raios gama, nos marcos da Física clássica. Fruto dessa atividade foi, por exemplo, a proposição de um modelo de um “grande elétron” para explicar os efeitos observados no espalhamento dos raios-X pela matéria. A criação do efeito Compton, para explicar esse espalhamento com base nos conceitos quânticos, foi o ponto de chegada de um percurso de mais de seis anos, em que Compton trabalhou essencialmente nos marcos das teorias da Física clássica, em especial, a mecânica e a eletrodinâmica. Ainda mais, nos marcos desse programa essencialmente clássico, não há indícios de que Compton havia sido guiado ou utilizado conscientemente a ideia do quantum de luz desenvolvida por Einstein. Compton teve uma relativa autonomia em seus trabalhos, contou com a ajuda de alguns amigos e viajou para diversos laboratórios diferentes para utilizar outros equipamentos e cada vez mais observava que os seus dados estavam corretos.
Previsão do modelo de fóton: no modelo de fóton, imaginamos o processo de espalhamento como uma colisão de duas partículas, o fóton incidente e um elétron que está inicialmente em repouso. O fóton incidente perderia parte de sua energia e momento linear para o elétron, que recua como resultado de seu impacto. O fóton espalhado que permanece pode voar para fora em vários ângulos f em relação à direção da luz incidente, mas ele possui menos energia e momento linear menor que o fóton incidente. Do ponto de vista da teoria eletromagnética clássica, não é possível explicar a redução na energia do raios-X. Entretanto, considerando que a radiação incidente seja formada por um feixe de fótons, temos que considerar somente a energia do fóton E=hv , e por conservação de momento, a energia depois do espalhamento será E’=hv’ < E , concordando com os resultados dos experimentos de Compton. Para explicar esses resultados, Compton levou as últimas consequências a hipótese de Einstein, tratando os raios X em termos de fótons, ou seja, como partículas de energia dada pela relação de Einstein. Compton assumiu hipóteses para desenvolver sua teoria: O espalhamento pode ser interpretado como uma colisão entre um fóton de raio X e um elétron do material do alvo; Como a energia do fóton de raio X é muito maior que as energias cinéticas e potenciais de um elétron na matéria, podemos desprezar estas energias e considerar o elétron como livre e inicialmente em repouso; A energia e o momento linear são conservados na colisão; Como a energia inicial do fóton não é muito menor que a energia de massa do elétron, precisamos utilizar a cinemática Relativística; Mediu-se a intensidade dos raios-X espalhados como função de seu comprimento de onda para vários ângulos de espalhamento.
Os resultados dos experimentos indicaram que, para qualquer direção de observação que não seja a direção do feixe incidente, o espectro de raios X espalhados exibia duas linhas, uma de comprimento de onda igual ao dos raios incidentes e a outra de comprimento de onda maior. A diferença de comprimento de onda entre as duas linhas, aumentava com o ângulo de espalhamento. Estas características são incompatíveis com a visão meramente ondulatória do espalhamento, e qualitativamente consistentes com a visão corpuscular. As previsões clássicas eram que, após o espalhamento, as ondas deveriam ter o mesmo comprimento de onda incidente, ou pelo menos, bastante próximos. Entretanto, o que se observou foram dois picos, correspondentes a dois comprimentos de onda distintos e a diferença entre estes (deslocamento Compton = ∆λ) era diretamente proporcional ao cosseno do ângulo de observação em relação à direção do feixe incidente. Compton descreveu o resultado de seu experimento tal qual um processo de colisão elástica. Compton verificou experimentalmente tanto o valor absoluto do deslocamento quanto sua depêndencia angular. A partir do experimento passou-se a abordar a luz em termos de dualidade onda- partícula, visto que alguns experimentos comprovavam seu caráter ondulatório e outros, seu caráter corpuscular.
Em outras palavras, 𝜆' é maior que 𝜆. A grandeza h/mc que aparece na Equação tem dimensão de comprimento. Seu valor numérico é: Como o fator k é muito pequeno, para que se possa observar melhor a diferença λ' – λ é necessário usar radiação de comprimento de onda também pequeno. Assim, Compton usou raios X, que têm comprimentos de onda muito menores que os da luz e dos raios ultravioleta. A energia ser transferida parcialmente ao elétron não quer dizer que o fóton de raios x fora dividido, pois o fóton é indivisível. O que acontece é transferência de momento, o que acarreta variação em sua energia.
A probabilidade relativa de ocorrência depende da energia do e do número atômico Z do material absorvedor. O efeito fotoelétrico predomina para raios de baixa energia e alto número atômico, a criação de pares predomina para altas energias e também alto Z, e o efeito Compton predomina para energias intermediárias e baixo Z Quando um fóton se aproxima de um átomo, o resultado depende da energia do fóton e de quão fortemente o elétron está ligado ao núcleo. Quando o fóton tem energia relativamente pequena pode ocorrer o efeito fotoelétrico, ou então a absorção do fóton pelo elétron (que fica com maior energia), ou, ainda, o espalhamento thomson. Quando o fóton tem energia “média” pode ocorrer o efeito Compton e quando o fóton tem energia “muito grande” pode haver a produção de pares. Os conceitos de pequeno, médio e grande são relativos, isto é, dependem de quão fortemente estão ligados os elétrons. No caso do chumbo, por exemplo, para que ocorra predominantemente cada efeito, a energia E do fóton deve obedecer às seguintes condições: I. Efeito fotoelétrico e espalhamento thomson: E < 5 · 10^5 eV II. Efeito Compton: 5 · 10^5 eV < E < 5 · 10^6 eV III. Produção de pares: E > 5 · 10^6 eV O efeito Compton ocorre quando o fóton é muito energético e o elétron está fracamente ligado ao átomo. Quando o elétron estiver fortemente ligado ao átomo e o fóton tiver pouca energia, pode ocorrer um espalhamento em que não há mudança na frequência do fóton. Esse fenômeno é chamado espalhamento Thomson. Produção de pares Quando um fóton (representado por γ) se aproxima de um núcleo, pode ocorrer um fenômeno: a produção de pares.
Exercício Para uma experiência de espalhamento Compton utiliza-se os fótons dos raios X de 0,124 nm. Em que ângulo o comprimento de onda dos raios X espalhados é 1,0% maior que o comprimento de onda dos raios X incidentes?