Comptonův jev - v čem spočívá

Fyzikální podstata

Comptonův jev (též označovaný jako Comptonův rozptyl, anglicky Compton scattering) je fyzikální děj, který spočívá ve srážení atomů (elektronů) s elektromagnetickým zářením. Po srážce se v důsledku předání energie atomům (respektive jejich elektronům) mění vlnová délka rozptýleného záření. Vlnová délka rozptýleného záření λ' je větší než vlnová délka λ záření dopadajícího. Frekvence i energie rozptýleného záření jsou tedy menší než původní hodnoty dopadajícího záření.

Odlišnost Comptonova jevu od fotoelektrického jevu je v tom, že při fotoefektu je pohlcena veškerá energie, foton tím zaniká a je uvolněn pouze tzv. sekundární elektron (v tomto případě se mu říká fotoelektron). U Comptonova jevu je spotřebována pouze část energie, foton tedy nezaniká a uvolněn je společně se sekundárním elektronem i tzv. sekundární foton.

• 

  Fotoelektrický jev

• 

  Comptonův jev

Rovnice Comptonova jevu

$\lambda '-\lambda ={\frac {h}{m_{0}c}}(1-\cos \varphi )$

Comptonova rovnice udává změnu vlnové délky fotonu při rozptylu o úhel $\varphi$ na částici s klidovou hmotností ${m_{0}}$. Dále $c$ je rychlost světla a ${h}$ je Planckova konstanta. Tato změna nezávisí na vlnové délce $\lambda$ dopadajícího fotonu.

Veličina ${\frac {h}{m_{0}c}}$ se nazývá Comptonova vlnová délka rozptylující částice, která pro elektron je 2,4.10^-12m. Ze vztahu je vidět, že největší možná změna vlnové délky nastane při φ=180°, kdy tato změna bude dvojnásobkem Comptonovy vlnové délky. Rozdíl mezi vlnovou délkou dopadajícího záření a vlnovou délkou záření rozptýleného se označuje jako Comptonův posuv.

$\Delta \lambda =\lambda '\,-\lambda$

Historie

Americký fyzik Arthur Holly Compton provedl v roce 1922 experiment s rozptylem RTG záření na uhlíku. Roku 1927 za teoretické vysvětlení tohoto jevu a další výzkum v tomto oboru získal Nobelovu cenu za fyziku. Při svých pokusech nechal dopadat rentgenové záření o energii 17,8 keV na uhlíkovou destičku, na níž pak docházelo k rozptylu – záření se odráželo do všech směrů. Compton měřil energii odražených fotonů v závislosti na úhlu odrazu.

• 

  Comptonův experiment

Vysvětlení a význam objevu

Vysvětlení Comptonova jevu je možné jen pomocí kvantové hypotézy. Fotony RTG záření se při srážce s elektrony v uhlíku projevují jako částice. Nastává pružná srážka fotonu o rychlosti c s nehybným elektronem a pro tuto srážku platí zákon zachování energie a zákon zachování hybnosti. Tento experiment se tak stal přesvědčivým důkazem kvantové povahy elektromagnetického záření a prokázal existenci fotonů (a jejich duální, vlnově-korpuskulární charakter).

Odkazy

Související články

• Comptonův jev - co dokazuje, přínos
• Comptonův rozptyl
• Fotoelektrický jev
• Vlnově-korpuskulární dualismus

Použitá literatura

• Navrátil L.; Rosina J. a kolektiv: Medicínská biofyzika, 1. vydání, Praha, Grada, 2005
• Amler E., Blažek T., Heřmanská J., Koláčná L., Kotyk A., Vackářová J., Varga F.: Praktické úlohy z biofyziky I. Ústav biofyziky UK, 2. lékařské fakulty, Praha, 2006
• Tarábek P., Červinková P. a kolektiv: Odmaturuj z fyziky, 2. vydání, Brno, Didaktis, 2006