Unterschied zwischen photoelektrischem Effekt und Compton-Effekt

Hauptunterschied - Photoelektrischer Effekt vs. Compton-Effekt

Der photoelektrische Effekt und der Compton-Effekt sind zwei Arten von Wechselwirkungen zwischen Licht und Materie. Beide Effekte zeigen die Partikelcharakteristik elektromagnetischer Wellen. Der photoelektrische Effekt wurde von Albert Einstein erklärt. Der Compton-Effekt wurde von Arthur Compton beobachtet und erklärt. ichBeim photoelektrischen Effekt wird die gesamte Energie des einfallenden Photons von einem einzelnen Elektron erfasst, aber beim Compton-Effekt überträgt das einfallende Photon nur einen Teil seiner Energie auf ein Elektron. Der photoelektrische Effekt ist ein Phänomen mit niedriger Energie und die wechselwirkenden Photonen verschwinden, sobald sie ihre Energie an Elektronen abgeben. Der Compton-Effekt hingegen ist ein Phänomen der mittleren Energie, und die wechselwirkenden Photonen werden von den Elektronen gestreut. Dies ist das Hauptunterschied zwischen photoelektrischem Effekt und Compton-Effekt.

Was ist photoelektrischer Effekt?

Der photoelektrische Effekt ist ein Effekt, bei dem schwach gebundene Elektronen innerhalb von Metallen aus dem Material ausgestoßen werden, wenn elektromagnetische Strahlung mit diesen Elektronen in Wechselwirkung tritt. Die ausgestoßenen Elektronen werden als Photoelektronen bezeichnet. Für den photoelektrischen Effekt gibt es mehrere wichtige experimentelle Beobachtungen. Einige von ihnen sind;

1. Die maximale kinetische Energie der Photoelektronen (für ein bestimmtes Material) hängt nur von der Lichtfrequenz ab.
2. Die kinetischen Energien von Photoelektronen hängen nicht von der Intensität von ab
3. Es gibt eine Grenzfrequenz (Grenzfrequenz), die vom Material abhängt. Lichtfrequenzen unterhalb der Grenzfrequenz können keine Photoelektronen erzeugen.
4. Die Anzahl der dabei erzeugten Photoelektronen ist proportional zur Lichtintensität; Je höher die Intensität, desto höher die Anzahl der Photoelektronen.
5. Fotoelektronen werden sofort nach dem Beleuchten des Materials ausgeworfen.

Die klassische Theorie des Elektromagnetismus kann die obigen experimentellen Beobachtungen (außer der vierten Beobachtung) nicht erklären. So entwickelte Albert Einstein eine revolutionäre Theorie, um den photoelektrischen Effekt zu erklären. Die Quantisierungsidee der elektromagnetischen Strahlung verwendete er in seiner Theorie. Nach seiner Theorie besteht Licht aus Energiepaketen oder Energiequanten, die als Photonen bezeichnet werden. Sie werden als Einheiten von Energiepaketen absorbiert oder produziert. Es gibt einfach keine gebrochenen Energiepakete. Die einem Photon zugeordnete Energie (E) ist gegeben durch: E = hf Wobei h = Plancksche Konstante und f = Frequenz der elektromagnetischen Welle.

Seine Theorie legt nahe, dass die Energie eines Photons vollständig von einem einzelnen Elektron im Metall aufgenommen wird. Das Elektron gibt eine gewisse Menge an Energie (Arbeitsfunktion des Materials) aus, um es von seiner Bindung im Material zu befreien. Das Elektron kommt als freigesetztes Elektron aus dem Material heraus, das Photoelektronen genannt wird. Normalerweise verliert das Elektron an Energie durch die Wechselwirkung mit anderen Elektronen in der Umgebung. Die verbleibende Energie des Elektrons erscheint als seine kinetische Energie. Die Energie wird dabei jedoch eingespart. Die Energieerhaltung ergibt also die Beziehung zwischen der Frequenz des einfallenden Photons und der kinetischen Energie des Photoelektronen. Es kann ausgedrückt werden als; hf = Ф + (K.E) wobei Ф = Austrittsarbeit des Materials und K.E- die kinetische Energie des Photoelektronen ist.

Einsteins Theorie des photoelektrischen Effekts löste eines der herausfordernden Probleme der Physik. Nach seiner Theorie demonstriert der photoelektrische Effekt die Teilchencharakteristik elektromagnetischer Wellen.

Was ist der Compton-Effekt?

Compton-Effekt ist die unelastische Streuung von energiereichen Photonen durch lose gebundene Elektronen oder frei geladene Teilchen. Bei diesem Effekt überträgt das Photon einen Teil seiner Energie und seines Impulses auf das geladene Teilchen. Daher ist die Energie des resultierenden Photons geringer als die des einfallenden Photons. Die Wellenlänge des gestreuten Photons ist höher als die des einfallenden Photons, da die einem Photon zugeordnete Energie umgekehrt proportional zur Wellenlänge des Photons ist. Das geladene Teilchen, das mit dem Photon in Wechselwirkung tritt, gewinnt einen Teil der Energie und des Impulses des Photons und spult zurück. Dabei bleiben jedoch sowohl die Energie als auch der Impuls des Systems erhalten.

Der Compton-Effekt wurde von Arthur Compton beobachtet und der Effekt wurde nach seinem Namen benannt. Compton entwickelte ein theoretisches Modell, um den Compton-Effekt zu erklären. Schließlich konnte er eine mathematische Beziehung zwischen der Änderung der Wellenlänge und dem Streuwinkel des Photons herleiten. Seine Gleichung kann ausgedrückt werden als & Dgr; & lgr; = & lgr; - ​​& lgr ;.₀= h / mc (1 - cosθ) 

woher,

Δλ- Die Änderung der Wellenlänge,

λ- Wellenlänge des gestreuten Photons,

λ₀- Wellenlänge des einfallenden Photons,

Sc Streuwinkel,

m- Masse des Elektrons,

h- Planck ist konstant und,

Die Konstante ist bekannt als Compton-Wellenlänge des Elektrons. Es ist gleich 2.43 10^-12m. Der Streuwinkel (0⁰< 𝜃 < 180⁰) ist der Winkel, um den das Photon abgelenkt wird. Die Wellenlängenverschiebung wird also Null, wenn der Streuwinkel 0 ist⁰. Auf der anderen Seite wird die Wellenlängenverschiebung doppelt so groß wie die Compton-Wellenlänge des Elektrons (Maximalwert der Wellenlängenverschiebung), wenn der Streuwinkel 180 beträgt⁰.

Der Compton-Effekt ist ein gutes Beispiel für die Partikelcharakteristik elektromagnetischer Wellen. Die klassische elektromagnetische Theorie kann den Compton-Effekt oder die inelastische Streuung elektromagnetischer Strahlung nicht erklären. Die klassische Theorie kann jedoch die elastische Streuung elektromagnetischer Strahlung erklären, die als Thomson-Streuung (Low-Energy-Compton-Streuung) bekannt ist..

Beim Compton-Effekt ist die fraktionale Wellenlängenverschiebung für energiearme Photonen (sichtbares Licht, Infrarot usw.) sehr gering. Daher ist der Compton-Effekt normalerweise nur für Photonen mit mittlerer Energie wie Röntgenphotonen oder Gammastrahlen wichtig.

Unterschied zwischen photoelektrischem Effekt und Compton-Effekt

Phänomen:

Photoelektrischer Effekt: Der photoelektrische Effekt ist ein Phänomen mit niedriger Energie.

Compton-Effekt: Der Compton-Effekt ist ein Phänomen mit mittlerer Energie.

Energie:

Photoelektrischer Effekt: Das Photon liefert seine gesamte Energiemenge an ein einzelnes Elektron.

Compton-Effekt: Das Photon überträgt einen Teil seiner Energie auf ein einzelnes Elektron.

Erste theoretische Erklärung:

Photoelektrischer Effekt: Der photoelektrische Effekt wurde von Albert Einstein erklärt.

Compton-Effekt: Compton-Effekt wurde von Arthur Compton erklärt.

Schicksal des Photons nach der Interaktion:

Photoelektrischer Effekt: Das Photon verschwindet nach der Interaktion.

Compton-Effekt: Die Wellenlänge des gestreuten Photons ist höher als die des einfallenden Photons.

 Bildhöflichkeit:

"Bild 1" (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia 

“Image 2" von JabberWok in der englischsprachigen Wikipedia (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia