L'app all-in-one per gli studenti
4.5 • +22K recensioni
Più di 3 milioni di downloads
Free
|
|
Effetto Compton

L'effetto Compton è un importante fenomeno fisico che, nel 1927, è valso ad Arthur Compton il premio Nobel per la fisica. Ma di cosa si tratta? Qual è la sua importanza in fisica? Qual è l'esperimento che ha permesso di osservarlo? Questo e molto altro in questo articolo!

Mockup Schule Mockup Schule

Explore our app and discover over 50 million learning materials for free.

Effetto Compton

Illustration

Lerne mit deinen Freunden und bleibe auf dem richtigen Kurs mit deinen persönlichen Lernstatistiken

Jetzt kostenlos anmelden

Nie wieder prokastinieren mit unseren Lernerinnerungen.

Jetzt kostenlos anmelden
Illustration

L'effetto Compton è un importante fenomeno fisico che, nel 1927, è valso ad Arthur Compton il premio Nobel per la fisica. Ma di cosa si tratta? Qual è la sua importanza in fisica? Qual è l'esperimento che ha permesso di osservarlo? Questo e molto altro in questo articolo!

Effetto Compton: in breve

Effetto Compton Arthur Compton StudySmarterFig. 1 - Arthur Compton nel 1927.

Prima di immergenci in una spiegazione più complessa e completa dell'effetto Compton, cerchiamo di capire di cosa si tratta in breve e con parole semplici.

L'effetto Compton, osservato nel 1922 da Arthur Compton è un effetto che dimostra l'interazione tra un fotone e un elettrone. In particolare l'effetto Compton è uno dei risultati più importanti a favore della fisica quantistica, infatti dimostra che in alcune situazioni, la luce si comporta come fotoni.

L'esperimento che per la prima volta ha permesso di osservare l'effetto Compton è molto semplice: un raggio di fasci di luce monocromatica (ovvero di una sola lunghezza d'onda molto specifica), viene fatto incidere su un elettrone. Quello che si osserva è un fenomeno per cui parte dell'energia del fotone viene ceduta all'elettrone ed entrambi vengono deviati. In particolare si vede che la lunghezza d'onda del fotone deviato è proporzionale all'angolo di cui viene deflesso.

Effetto Compton: spiegazione

Ora che abbiamo visto una spiegazione sommaria dell'effetto Compton, cerchiamo di approfondire, per quanto possibile, questo fenomeno con le nostre conoscenze di fisica quantistica. È infatti importante capire che questo fenomeno non può essere spiegato con la teoria classica e con la teoria oscillatoria della luce. Infatti, se la luce fosse un fenomeno puramente ondulatorio, il risultato che si osserverebbe sarebbe al più un'oscillazione dell'elettrone con la stessa frequenza della luce e la luce stessa non cambierebbe frequenza.

Per rinfrescare le nozioni di fisica quantistica abbiamo diversi articoli sull'argomento su StudySmarter!

Parte dell'importanza dell'esperimento è proprio il fatto che, dopo l'urto, il fascio di luce incidente, viene riemesso con una lunghezza d'onda diversa da quella iniziale. È proprio come una particella che, durante un urto, perde parte della sua energia.

Effetto Compton Diagramma StudySmarterFig. 2 - Diagramma semplificato dell'effetto Compton, la linea ondulata rappresenta il fotone, inizialmente di lunghezza d'onda \(\lambda\) e dopo l'urto di lunghezza d'onda \(\lambda'\), in rosso è raffigurato l'elettrone e la sua traiettoria dopo l'urto. Il fotone, dopo l'urto viene deviato di un angolo \(\theta\).

Ma perché parliamo proprio di perdere energia? Sperimentalmente si verifica che i fotoni deviati hanno una lunghezza d'onda \(\lambda'\) che è maggiore della lunghezza d'onda iniziale \(\lambda\). Come colleghiamo queste due informazioni?

Ricordiamo che l'energia di un fotone è data dalla relazione di Planck:

\[E = h \nu\,,\]

dove \(E\) è l'energia del fotone, \(h\) è la costante di Planck (che vale \(6{,}626 \times 10^{-34}\,\mathrm{J}\: \mathrm{s}\)) e \(\nu\) la frequenza del fotone.

Una prima impressione dovrebbe essere che l'energia dovrebbe aumentare! Bisogna però ricordare che frequenza e lunghezza d'onda sono legate dalla relazione di proporzionalità inversa

\[c = \lambda\:\nu\,,\]

dove \(c\) è la velocità della luce nel vuoto (circa \(3\times 10^8 \, \mathrm{m/s}\)). All'aumentare della lunghezza d'onda, quindi, la frequenza diminuisce, e di conseguenza anche l'energia del fotone.

Parte dell'energia viene ceduta all'elettrone che viene messo in moto nella direzione indicata dalla freccia rossa in figura 2.

Non dimostreremo questo fatto, perché richiede delle nozioni di fisica quantistica avanzate, ma si può dimostrare che la lunghezza d'onda del fotone deflesso è proporzionale all'angolo \(\theta\) della sua deflessione. In particolare, è proporzionale al coseno di questo angolo, secondo la relazione

\[\lambda' = \lambda + \frac{h}{m_\mathrm{e} \, c} (1-\cos \theta)\,,\]

dove \(\lambda\) e \(\lambda'\) sono le lunghezze d'onda del fotone prima e dopo l'interazione, \(h\) è la costante di Planck, \(m_\mathrm{e}\) la massa dell'elettrone e \(c\) la velocità della luce nel vuoto.

Effetto Compton: importanza

La domanda logica, giunti alla fine di questo articolo è, quindi, che applicazioni ha questo effetto? Perché dovrebbe importarci che un fotone, quando urta con un elettrone, perde parte della sua energia e viene deflesso?

L'effetto Compton ha un'importanza fondamentale nella fisica moderna, tanto da aver portato ad Arthur Compton il premio Nobel per la fisica nel 1927, 5 anni dopo la prima osservazione del fenomeno.

È importante soprattutto come ulteriore verifica del dualismo onda particella della luce, dimostrando che la luce si comporta anche come particelle e non solo come onde. In pratica dimostra che la luce, in base al fenomeno osservato, si può comportare in un modo o nell'altro.

Effetto Compton inverso

L'effetto Compton che abbiamo descritto vale quando l'energia del fotone è molto più grande dell'energia dell'elettrone. Tuttavia, esiste anche il cosiddetto effetto Compton inverso, in cui un elettrone molto più energetico del fotone contro cui incide genera un fotone estremamente energetico. Questo fenomeno è importante in campo astrofisico e in astronomia, in cui gli elettroni dei raggi cosmici possono generare fasci di luce di energie elevatissime.

Effetto Compton - Punti chiave

  • L'effetto Compton, osservato nel 1922 da Arthur Compton, è un effetto che dimostra l'interazione tra un fotone e un elettrone.
  • Nell'esperimento di Compton un raggio di fasci di luce monocromatica (ovvero di una sola lunghezza d'onda molto specifica), viene fatto incidere su un elettrone. Quello che si osserva è un fenomeno per cui parte dell'energia del fotone viene ceduta all'elettrone ed entrambi vengono deviati.
  • In particolare si vede che la lunghezza d'onda del fotone deviato è proporzionale all'angolo di cui viene deflesso.
  • Parte dell'energia del fotone viene ceduta all'elettrone che viene messo in movimento.
  • La lunghezza d'onda del fotone deviato è data da \(\lambda' = \lambda + \frac{h}{m_\mathrm{e} \, c} (1-\cos \theta)\), dove \(\lambda\) e \(\lambda'\) sono le lunghezze d'onda del fotone prima e dopo l'interazione, \(h\) è la costante di Planck, \m_\mathrm{e}\) la massa dell'elettrone e \(c\) la velocità della luce nel vuoto.
  • L'effetto compton ha un'importanza fondamentale nella fisica moderna, tanto da aver portato ad Arthur Compton il premio Nobel per la fisica nel 1927, 5 anni dopo la prima osservazione del fenomeno.
  • Esiste un effetto Compton inverso che ha applicazione in campo astrofisico.

References

  1. Fig. 2 - Compton-1.png (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Compton-1.png) by Svjo is licensed by CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/deed.en)

Domande frequenti riguardo Effetto Compton

L'effetto Compton dimostra che la luce, nella sua interazione con un elettrone, si comporta come una particella.

Metti alla prova le tue conoscenze con schede a scelta multipla

Quando è stato effettuato l'esperimento che ha permesso di osservare l'effetto Compton?

Quando ricevé Arthur Compton il premio Nobel per la fisica?

Nell'effetto Compton, la luce ___ energia nell'interazione con l'elettrone.

Avanti
SCOPRI DI PIÙ RIGUARDO Effetto Compton

Join over 22 million students in learning with our StudySmarter App

The first learning app that truly has everything you need to ace your exams in one place

  • Flashcards & Quizzes
  • AI Study Assistant
  • Study Planner
  • Mock-Exams
  • Smart Note-Taking
Join over 22 million students in learning with our StudySmarter App Join over 22 million students in learning with our StudySmarter App

Iscriviti per sottolineare e prendere appunti. É tutto gratis.

Start learning with StudySmarter, the only learning app you need.

Sign up now for free
Illustration

Entdecke Lernmaterial in der StudySmarter-App