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Esercizio sull'effetto Compton

Esercizio svolto sull'effetto Compton

Una radiazione luminosa monocromatica di frequenza pari a 3,220∙1017 Hz e appartenente alla banda dei raggi X è utilizzata per effettuare un esperimento sull'effetto Compton.

Sapendo che l'angolo di diffusione dei fotoni rispetto alla direzione iniziale è di 130,3° determinare l'energia dei fotoni che hanno subito la diffusione Compton e la corrispondente velocità iniziale dell'elettrone coinvolto nella diffusione.

Svolgimento dell'esercizio

In seguito all'interazione tra la radiazione utilizzata nell'esperimento sull'effetto Compton e gli elettroni presenti nella lamina si osserva la diffusione dei fotoni iniziale di un angolo φ=130,3° rispetto alla direzione iniziale del fotone stesso.

La lunghezza d'onda λ' del fotone diffuso in seguito all'urto tra fotone e elettrone è data dalla seguente formula:

Lunghezza d'onda del fotone diffuso

in cui:

  • λ è la lunghezza d'onda del fotone incidente;
  • h la costante di Planck 6,62∙10-34 J∙s;
  • c la velocità della luce nel vuoto 3∙108 m/s;
  • φ è l'angolo che la direzione in cui si muove il fotone diffuso forma con la direzione iniziale;
  • me è la massa dell'elettrone 9,1 ∙ 10-31 Kg.

L'energia di un fotone è calcolabile attraverso la relazione di Planck e dipende dalla frequenza del fotone:

E = h ∙ f

  • in cui h è la costante di Planck e vale 6,62∙10-34 J∙s
  • f è la frequenza del fotone.

Lunghezza d'onda e frequenza del fotone sono legati dalla relazione:

c = λ∙ f

Per cui l'energia del fotone diffuso sarà pari a:

Energia del fotone diffuso

Sostituendo i valori otteniamo:

Energia del fotone diffuso, calcoli


L'energia iniziale del fotone invece era legata alla frequenza f iniziale ed era pari a:

E = h ∙ f = 6,62 ∙ 10-34 ∙ 3,220 ∙ 1017 = 2,131 ∙ 10-16 J

La differenza di energia è stata trasferita all'elettrone sotto forma di energia cinetica e che quindi si muoverà ad una velocità v:

E - E' = Ek

E - E' = ½ ∙ me ∙ v2

Da cui:

Calcolo velocità iniziale dell'elettrone coinvolto nella diffusione

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