by 
Τι συμβαίνει όταν πάνω σε ένα ηλεκτρόνιο, προσπίπτει ένα φωτόνιο; Θα έχουμε απορρόφηση ή σκέδαση;
Ας δούμε το τι συμβαίνει, μέσω κάποιων εφαρμογών.
Δίνονται οι σταθερές h=6,63∙10-34Js, c=3∙108m/s, me=m=9,1∙10-31kg, 1eV=1,6∙10-19J.
Εφαρμογή 1η:
Σε ένα ελεύθερο ακίνητο ηλεκτρόνιο προσπίπτει φως με μήκος κύματος λ1=600nm. Να εξετάσετε αν μπορεί το ηλεκτρόνιο να απορροφήσει ένα προσπίπτον φωτόνιο της ακτινοβολίας.
Καλησπέρα Νίκο και σε ευχαριστώ για το σχολιασμό.
Συμφωνώ με την παρατήρηση, άλλωστε έχω γράψει:
“Το φωτόνιο των ακτίνων Χ μπορεί να απορροφηθεί από ένα ηλεκτρόνιο, το οποίο βρίσκεται, όχι μόνο σε εξωτερική ατομική στοιβάδα, με ψηλή ενέργεια…”
Το “όχι μόνο” σημαίνει ότι απορροφάται και από τα εξωτερικά ηλεκτρόνια, απλά στη συνέχεια εστίασα στα ηλεκτρόνια των εσωτερικών στοιβάδων, αφού αυτό ήθελα να αναδειχθεί, μιας και συνήθως ασχολούμαστε με τα ηλεκτρόνια των ανωτέρων ενεργειακών σταθμών…
Δεν λέω αυτό Διονύση, όταν απορροφηθεί το φωτόνιο Χ από εσωτερικό ηλεκτρόνιο, ιοντίζεται το άτομο και ακολουθεί αποδιέγερση με μετάβαση ηλεκτρονίου εξωτερικής στοιβάδας στο κενό που δημιουργήθηκε με ταυτόχρονη εκπομπή άλλο ηλεκτρονίου της εξωτερικής, Δηλαδή φεύγουν δύο ηλεκτρόνια, το πρώτο είναι φωτοηλεκτρόνιο(της εσωτερικής στοιβάδας) και το δεύτερο λέγεται ηλεκτρόνιο Auger(της εξωτερικής στοιβάδας). Το άλλο ενδεχόμενο είναι αυτό που περιγράφεις, δηλαδή εκπομπή εσωτερικού ηλεκτρονίου από την απορρόφηση του φωτονίου Χ , αποδιέγερση με εκπομή φωτονίου Χ. Στην πρώτη περίπτωση έχω εκπομπή δύο ηλεκτρονίων και στη δεύτερη ενός φωτονίου Χ και ενός ηλεκτρονίου. Τα ποσοστα του ενός ή του άλλου ενδεχομένου μεταβάλλονται με τον ατομικό αριθμό του στοιχείου της ύλης που αλληλεπιδρά το φωτόνιο Χ.
Καλημέρα Νίκο.
Δίκιο έχεις, διάβασα βιαστικά χθες βράδυ το πρώτο σου σχόλιο και νόμισα ότι αναφέρεσαι στην αλληλεπίδραση ακτίνων Χ με τα εξωτερικά ηλεκτρόνια του ατόμου.
Πάμε λοιπόν στο φαινόμενο Auger.
Κατά την διάρκεια της προετοιμασίας της παραπάνω ανάρτησης, έκανα μια περιήγηση στο διαδίκτυο και από το Πανεπιστήμιο Κρήτης κατέβασα το αρχείο αυτό, όπου διαπραγματεύεται την φασματοσκοπία των ακτίνων Χ. Στο αρχείο αυτό γράφει:
Θεώρησα ότι ο μηχανισμός που οδηγεί, όχι στην ακτινοβολία, αλλά στην δευτερογενή εκπομπή άλλου ηλεκτρονίου, ξεφεύγει από το πλαίσιο διδασκαλίας στο Λύκειο και δεν πρέπει να τον αναφέρω. Έτσι προτίμησα να κινηθώ στην λογική του βιβλίου γ.π. της Γ, όταν διδάσκαμε τις ακτίνες Χ (τώρα διδάσκεται; στην Β΄ τάξη):
Και με αυτήν την θέση σου Νίκο συμφωνώ.
Το ζήτημα μου θύμισε μια παλιότερη συζήτηση τον Οκτώβρη του 2009, κυρίως με τον Γιώργο Παναγιωτακόπουλο για το μονωμένο σύστημα και την διατήρηση της ορμής. Η συζήτηση εδώ σε pdf. Η προσωπική μου θέση ήταν ότι μπορούμε να βρούμε ένα σύστημα που να διατηρείται η ορμή…
Όταν παραπάνω στην ανάρτηση αναφέρομαι σε ελεύθερο ηλεκτρόνιο, προφανώς αναφερόμαστε σε μια αλληλεπίδραση φωτονίου – ηλεκτρονίου και το σύστημα είναι μονωμένο και εφαρμόζουμε ΑΔΟ.
Όταν το ηλεκτρόνιο είναι δεσμευμένο; Στο κείμενο προτίμησα να δώσω ένα παράδειγμα από τις κρούσεις και την ύπαρξη τριβής και πως το αντιμετωπίζουμε για μικρές ταχύτητες και για ταχύτητες μεγαλύτερες. Όπου την μια φορά οι τριβές λειτουργούν σαν εξωτερικές δυνάμεις και η ορμή του συστήματος δεν διατηρείται, ενώ στην άλλη η ώθηση της τριβής θεωρείται αμελητέα και έτσι το σύστημα εκλαμβάνεται ως μονωμένο.
Έτσι στην περίπτωση ενός ηλεκτρονίου εσωτερικής στοιβάδας με ισχυρή ενέργεια σύνδεσης, προφανώς θα μπορούσαμε να βρούμε ένα άλλο σύστημα και αυτό να είναι το σύστημα φωτόνιο – άτομο το οποίο να θεωρήσουμε μονωμένο και εκεί να εφαρμόσουμε την διατήρηση της ορμής.
Ένα παράδειγμα, για να ξεκαθαριστεί η παραπάνω θέση.
Έστω ένα βλήμα μάζας m=0,1kg, έχοντας οριζόντια ταχύτητα υ=1m/s, συγκρούεται ελαστικά με το σώμα Α μάζας m1=12kg, το οποίο στηρίζεται σε ένα μεγάλο κιβώτιο μάζας 88kg, το οποίο ηρεμεί σε λείο οριζόντιο επίπεδο. Ο συντελεστής τριβής μεταξύ του σώματος Α και του κιβωτίου είναι m=0,8.
Πάρτε σαν σώμα Α ένα ισχυρά δεσμευμένο ηλεκτρόνιο ενός ατόμου και σαν κιβώτιο το άτομο, στο οποίο ανήκει το ηλεκτρόνιο. Σε ποιο σύστημα θα πρέπει να εφαρμοστεί η ΑΔΟ;
Καλημέρα Διονύση
εξαιρετική εργασία αυτή και ξεκαθαρίζει με παραδείγματα τα όρια των φωτοηλεκτρικού φαινομένου και του φαινομένου compton. Έχω, όμως, τον εξής διδακτικό προβληματισμό: στο φωτοηλεκτρικό φαινόμενο τονίζουμε στα παιδιά ότι η ενέργεια του φωτονίου δίνεται/απορροφάται σε μια διαδικασία όλα ή τίποτα και απότομα στο compton αναφέρουμε στα παιδιά πως το φωτόνιο δίνει ένα μέρος της ενέργειάς του στο ηλεκτρόνιο κάτι που στο φωτοηλεκτρικό το απαγορεύαμε…και κάπου εκεί ανοίγει με τα παιδιά μεγαλύτερη κουβέντα..
Να είσαι καλά Διονύση.
Καλό μεσημέρι Δημήτρη και σε ευχαριστώ για το σχολιασμό.
Στην περίπτωση φωτονίων με μεγάλα μήκη κύματος (όπου μελετάμε το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο), με βάση την 2η εφαρμογή που έχω δώσει, αν κάποιος πάει να μελετήσει σκέδαση, δεν πρόκειται να μετρήσει καμιά αλλαγή.
Όταν υπολογίζουμε αύξηση μήκους κύματος κατά 0,0008%, σημαίνει ότι πρακτικά αυτό το φωτόνιο δεν «έχασε» καθόλου ενέργεια, άρα είναι νομίζω λογικό να θεωρούμε ότι δεν έχουμε φαινόμενο Compton.
Έτσι το συμπέρασμα ότι στο φωτοηλεκτρικό φαινόμενο «το φωτόνιο ή απορροφάται εξολοκλήρου ή όχι» είναι νομίζω ισχυρό και καταλήγει “νόμος”.
Αντίθετα αν πάμε σε ακτίνες Χ ή γ, κάθε φωτόνιο μεταφέρει πολύ μεγαλύτερη ενέργεια και η πλήρης απορρόφησή του από ένα ελεύθερο ηλεκτρόνιο, θα παραβίαζε την διατήρηση της ενέργειας. Οπότε τι μένει; Η αλληλεπίδραση και ο σκεδασμός.
Ναι Διονύση ..όπως ακριβώς τα λες. Ήθελα να τονίσω πως η έκφραση η ενέργεια ενός φωτονίου μεταφέρεται ολόκληρη ή καθόλου καθορίζεται από τα όρια της ποσότητας της ενέργειας που αυτό κουβαλά.
Ευχαριστώ Διονύση για την απάντηση