Comptonův jev - v čem spočívá

Z WikiSkript

Fyzikální podstata[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

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.

Rovnice Comptonova jevu[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

 \lambda^' - \lambda = \frac{h}{m_0 c} (1 - cos \varphi)


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[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

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.

Vysvětlení a význam objevu[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

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[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Související články[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Použitá literatura[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • 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