resumo Compton e Broglie

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CAMILA LUIZ SENA
GQI 122 – Físico-Química III:
Resumo sobre o efeito de Compton e da relação de Broglie
 
 LAVRAS – MG
2018
EFEITO COMPTON
O físico norte-americano Arthur Holly Compton (1892-1962), foi premiado em 1927 pelo reconhecimento científico em física, o Prêmio Nobel, por causa da sua explicação quântica para o processo de espalhamento dos raios X pela matéria. Ele observou o aumento do comprimento de onda de raios X, devido ao espalhamento da radiação incidente sobre elétrons livres. Esse efeito, é conhecido mundialmente como efeito Compton e tem sido aplicado em várias áreas do conhecimento e ilustra claramente o conceito de partícula para a radiação eletromagnética. O efeito Compton é muito utilizado na radiologia médica, nos detectores de raios cósmicos, e no espalhamento de outras entidades, incluindo nêutrons e partículas subatômicas.
O efeito Compton mostra que a luz não pode ser explicada simplesmente como um fenômeno ondulatório. Ele projetou um mecanismo para fazer com que um feixe de raios x de comprimento de onda λ incidisse sobre um alvo de carbono. Com isso, percebeu que há um espalhamento e, de início, não notou nada errado, pois as medidas indicavam frequências diferentes entre o feixe espalhado e o feixe incidente após o atravessamento do alvo.
A teoria ondulatória indicava o conceito como certo, uma vez que a frequência de uma onda não é alterada por fenômenos que acontecem com ela. No entanto, no experimento, constatou-se que a frequência dos raios X espalhados era sempre menor que a frequência dos raios X incidentes – dependendo do ângulo de desvio.
Compton levou em consideração na conclusão de seu experimento, a abordagem de Einstein, interpretando os raios X como sendo feixes de partículas, e a interação como sendo uma colisão de partículas. A energia do fóton incidente, segundo Einstein e Planck seria h.f, e o fóton espalhado, em respeito à lei da conservação da energia, teria elétron estacionário. Compton investigou ainda a interação em relação a lei da conservação do momento linear.
Concluiu-se que, se o momento linear do fóton fosse definido como:
em que esta lei valia para diversos ângulos de espalhamento. (c= velocidade da luz no vácuo; h= constante de Planck; λ= comprimento de onda da radiação).
Com a descoberta de que ao aumentar o comprimento de onda de raios X devido ao espalhamento da radiação incidente por elétrons livre, implicou que os quanta espalhados tinham menos energia do que os quanta incidentes (Figura 1). Este efeito mostra claramente o conceito de partícula para radiação eletromagnética.
Figura 1 – Efeito Compton
RELAÇÃO DE BROGLIE
A Teoria Eletromagnética de Maxwell estabeleceu que a luz era uma onda eletromagnética. As ondas eletromagnéticas são ondas transversais que se propagam inclusive no vácuo (no vazio). Em 1905, Einstein “vê” a luz composta por grãos de luz (fótons) para explicar o Efeito Fotoelétrico e, em 1923, Compton “visualiza” os fótons em um jogo de bilhar usando raios-X (ondas eletromagnéticas) e uma amostra de grafite. Essa dualidade para a radiação eletromagnética, que ora se comportava como onda e ora como partícula, foi definida depois dos experimentos de Compton.
Louis Victor de Broglie em 1925, estabeleceu o caráter dual da luz para a matéria. E com isso ganhou o Prêmio Nobel em 1929, por representar um grande passo na física. Uma pergunta que certamente lhe ocorreu foi que se a luz, até então tida como onda, se comportava como partícula em certas situações, por que não o elétron, tido como partícula, não poderia se comportar também como uma onda dependendo da experiência? Segundo de Broglie, a matéria também poderia apresentar tal comportamento dual. A proposta de Broglie para a dualidade onda-partícula para a matéria se estende a toda matéria como prótons, nêutrons, átomos, moléculas e não somente aos elétrons. 
As teorias de Broglie definem que o momento da partícula é inversamente proporcional ao comprimento da onda. Ainda de acordo com essa relação de Broglie, a frequência é diretamente proporcional à energia cinética da partícula.
A teoria de Broglie se baseia no efeito fotoelétrico, ou seja, a energia carregada por ondas luminosas era distribuída em pequenas quantidades ou “quanta” de luz. Anos mais tarde esses se tornariam os denominados fótons. E levando em consideração que V é uma frequência de onda luminosa e H é uma constante de Planck (6, 626×10−34 joule-segundos) forma-se a equação E = hv. As contas criadas por Broglie foram experimentadas e confirmadas pelos físicos Lester Gemer e Clinton Davisson. Esta teoria também foi comprovada para os elétrons, através de observação do experimento de Young.
REFERÊNCIAS
Ball, D. W.; Físico-Química, Thomson Learning Ltda: São Paulo, 2005, vol. 1, p. 267
HALLIDAY, D.; RESNICK, R; WALKER, J. Fundamentos de Física 4 – Ótica e Física Moderna. Tradução de Denise Helena da Silva Sotero, Gerson Bazo Costamilan, Luciano Videira Monteiro e Ronaldo Sérgio de Biasi. 4. ed. Rio de Janeiro: LTC, 1995. 355p. Título original: Fundamentals of Physics, 4th edition, Extended Version.
MORGON, N. H. O comportamentodoelétron: uma análise doefeitocompton e da relação de Broglie. Campinas – SP, Quimica. Nova, Vol. 31, No. 7, 1869-1874, 2008