Verschil tussen foto-elektrisch effect en Compton-effect

Belangrijkste verschil - Foto-elektrisch effect versus Compton-effect

Het foto-elektrische effect en Compton-effect zijn twee soorten interacties tussen licht en materie. Beide effecten demonstreren de deeltjesaard van elektromagnetische golven. Het foto-elektrische effect werd verklaard door Albert Einstein. Compton-effect werd waargenomen en verklaard door Arthur Compton. ikn het foto-elektrische effect wordt de gehele energie van het invallende foton verkregen door een enkel elektron, maar in het Compton-effect draagt het invallende foton slechts een deel van zijn energie over naar een elektron. Het foto-elektrische effect is een verschijnsel met lage energie en de geïnterageerde fotonen verdwijnen net nadat ze hun energie aan elektronen afgeven. Het Compton-effect is daarentegen een fenomeen van de mid-energie en de geïnterageerde fotonen worden verspreid door de elektronen. Dit is de grootste verschil tussen Photoelectric Effect en Compton Effect.

Wat is Photoelectric Effect

Het foto-elektrische effect is een effect waarbij zwak gebonden elektronen in metalen uit het materiaal worden geëjecteerd wanneer elektromagnetische straling interageert met die elektronen. De uitgeworpen elektronen staan bekend als de foto-elektronen. Er zijn verschillende belangrijke experimentele waarnemingen die relevant zijn voor het foto-elektrische effect. Sommige ervan zijn;

De maximale kinetische energie van de foto-elektronen (voor een bepaald materiaal) hangt alleen af van de frequentie van het licht.
De kinetische energie van foto-elektronen is niet afhankelijk van de intensiteit van
Er is een drempelfrequentie (grensfrequentie) die afhankelijk is van het materiaal. Lichtfrequenties onder de drempelfrequentie kunnen geen foto-elektronen produceren.
Het aantal foto-elektronen geproduceerd in het proces is evenredig met de intensiteit van het licht; hoger de intensiteit, hoger het aantal foto-elektronen.
Foto-elektronen worden onmiddellijk uitgeworpen nadat het materiaal is verlicht.

De klassieke theorie van elektromagnetisme kan de bovenstaande experimentele waarnemingen niet verklaren (behalve de vierde waarneming). Dus Albert Einstein ontwikkelde een revolutionaire theorie om het foto-elektrische effect te verklaren. Hij gebruikte het kwantiseringsidee van de elektromagnetische straling in zijn theorie. Volgens zijn theorie bestaat licht uit energiepakketten of energiequanta die fotonen worden genoemd. Ze worden geabsorbeerd of geproduceerd als eenheden van energiepakketten. Eenvoudig, fractionele energiepakketten bestaan niet. De energie (E) geassocieerd met een foton wordt gegeven door; E = hf waar, h = constante van Planck en f = frequentie van de elektromagnetische golf.

Zijn theorie suggereert dat de energie van een foton volledig wordt verkregen door een enkel elektron in het metaal. Het elektron besteedt een bepaalde hoeveelheid energie (werkfunctie van het materiaal) om te bevrijden van zijn binding in het materiaal. Het elektron komt uit het materiaal als een vrijgemaakt elektron dat een foto-elektron wordt genoemd. Normaal verliest het elektron een deel van zijn energie als gevolg van de interactie met andere elektronen in de omgeving onderweg. De resterende energie van het elektron verschijnt als zijn kinetische energie. De energie wordt echter tijdens het proces behouden. Het behoud van energie geeft dus de relatie tussen de frequentie van het invallende foton en de kinetische energie van het foto-elektron. Het kan worden uitgedrukt als; hf = Ф + (K.E) waarbij, Ф = werkfunctie van het materiaal en K.E- Kinetische energie is van de foto-elektron.

Einsteins theorie van het foto-elektrische effect loste een van de uitdagende problemen in de natuurkunde op. Volgens zijn theorie laat het foto-elektrisch effect de deeltjeskarakteristiek van elektromagnetische golven zien.

Wat is Compton Effect

Compton-effect is de inelastische verstrooiing van hoogenergetische fotonen door losjes gebonden elektronen of vrij geladen deeltjes. In dit effect draagt het foton een deel van zijn energie en momentum over aan het geladen deeltje. De energie van het resulterende foton is dus minder dan die van het invallende foton. De golflengte van het verstrooide foton is hoger dan die van het invallende foton, aangezien energie die is geassocieerd met een foton omgekeerd evenredig is met de golflengte van het foton. Het geladen deeltje dat interageert met het foton verwerft een deel van energie en momentum van het foton en terugdeinst. Zowel de energie als het momentum van het systeem blijven echter behouden in het proces.

Het Compton-effect werd waargenomen door Arthur Compton en het effect was naar zijn naam vernoemd. Compton ontwikkelde een theoretisch model om het Compton-effect te verklaren en uiteindelijk kon hij een wiskundige relatie tussen de verandering in de golflengte en de verstrooiingshoek van het foton afleiden. Zijn vergelijking kan worden uitgedrukt als, Δ λ = λ - λ₀= h / mc (1 - cosθ)

waar,

Δ λ- De verandering in de golflengte,

λ- Golflengte van het verstrooide foton,

λ₀- Golflengte van het invallende foton,

θ- verstrooiingshoek,

m- Massa van het elektron,

h- Plancks constante en,

De constante staat bekend als de Compton golflengte van het elektron. Het is gelijk aan 2,43 10^-12m. De verstrooiingshoek (0⁰< 𝜃 < 180⁰) is de hoek waardoor het foton wordt afgebogen. Dus, de golflengteverschuiving wordt nul wanneer de verstrooiingshoek 0 is⁰. Aan de andere kant wordt de golflengteverschuiving tweemaal de Compton-golflengte van het elektron (maximale waarde van de golflengteverschuiving) wanneer de verstrooiingshoek 180 is⁰.

Het Compton-effect is een goed voorbeeld van de deeltjesaard van elektromagnetische golven. De klassieke elektromagnetische theorie kan het Compton-effect of de niet-elastische verstrooiing van elektromagnetische straling niet verklaren. De klassieke theorie kan echter de elastische verstrooiing van elektromagnetische straling verklaren die bekend staat als de Thomson-verstrooiing (Low-energy Compton-verstrooiing)..

In het Compton-effect is de fractionele golflengteverschuiving voor energiezuinige fotonen (zichtbaar licht, infrarood enz.) Erg klein. Normaal gesproken is Compton-effect dus alleen van belang voor fotonen in de midden-energie, zoals röntgen- of gammaflensfotonen.

Verschil tussen foto-elektrisch effect en Compton-effect

Fenomeen:

Fotoëlektrisch effect: Foto-elektrisch effect is een verschijnsel met lage energie.

Compton-effect: Compton-effect is een verschijnsel van de mid-energie.

Energie:

Fotoëlektrisch effect: Het foton levert zijn totale hoeveelheid energie aan een enkel elektron.

Compton-effect: Het foton draagt een deel van zijn energie over naar een enkel elektron.

Eerste theoretische verklaring:

Fotoëlektrisch effect: Het foto-elektrisch effect werd verklaard door Albert Einstein.

Compton-effect: Compton-effect werd uitgelegd door Arthur Compton.

Fate of the Photon na de interactie:

Fotoëlektrisch effect: Het foton verdwijnt na de interactie.

Compton-effect: De golflengte van het verstrooide foton is hoger dan dat van het invallende foton.

Afbeelding met dank aan:

"Afbeelding 1" (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia

"Afbeelding 2" door JabberWok op de Engelse taal Wikipedia (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia

Wetenschap