Skillnad mellan Photoelectric Effect och Compton Effect

Huvudskillnad - Photoelectric Effect vs Compton Effect

Den fotoelektriska effekten och Compton-effekten är två typer av växelverkan mellan ljus och materia. Båda effekterna visar partikelnaturen hos elektromagnetiska vågor. Den fotoelektriska effekten förklarades av Albert Einstein. Compton-effekten observerades och förklarades av Arthur Compton. jagn den fotoelektriska effekten förvärvas hela energin hos den infallande fotonen av en enda elektron, men i Compton-effekten överför den infallande foton endast en del av sin energi till en elektron. Den fotoelektriska effekten är ett energiförlust, och de interagerade foton försvinner strax efter att de levererat sin energi till elektroner. Compton-effekten är å andra sidan ett mellan-energifenomen och de interagerade fotonen sprids av elektronerna. Det här är huvudskillnad mellan Photoelectric Effect och Compton Effect.

Vad är fotoelektrisk effekt

Den fotoelektriska effekten är en effekt där svagt bundna elektroner inom metaller sprutas ut från materialet när elektromagnetisk strålning interagerar med dessa elektroner. De utstötta elektronerna är kända som fotoelektronerna. Det finns flera viktiga experimentella observationer som är relevanta för den fotoelektriska effekten. Några av dem är;

1. Bildelektronernas maximala kinetiska energi (för ett givet material) beror endast på ljusfrekvensen.
2. De fotoelektrons kinetiska energierna är inte beroende av intensiteten hos
3. Det finns en tröskelfrekvens (avstängningsfrekvens) som beror på materialet. Ljusfrekvenser under tröskelfrekvensen kan inte producera fotoelektroner.
4. Antalet fotoelektroner som produceras i processen är proportionella mot ljusintensiteten; högre intensitet, högre antal fotoelektroner.
5. Fotoelektronerna sprutas ut direkt efter att materialet är upplyst.

Den klassiska teorin om elektromagnetism kan inte förklara ovanstående experimentella observationer (utom den fjärde observationen). Så utvecklade Albert Einstein en revolutionär teori för att förklara den fotoelektriska effekten. Han använde kvantiseringsidén för den elektromagnetiska strålningen i hans teori. Enligt hans teori består ljus av energipaket eller energikvanta som kallas fotoner. De absorberas eller produceras som enheter av energipaket. Enkelt, existerande energipaket existerar inte. Energin (E) associerad med en foton ges av; E = hf där, h = Plancks konstant och f = Frekvensen för den elektromagnetiska vågen.

Hans teori föreslår att en fotons energi förvärvas helt av en enda elektron i metallen. Elektronen spenderar en viss mängd energi (materialets arbetsfunktion) för att befria från dess bindning i materialet. Elektronen kommer ut från materialet som en befriad elektron som kallas en fotoelektron. Normalt förlorar elektronen en viss mängd energi på grund av samspelet med andra elektroner i omgivningen på sin väg. Elektronens återstående energi framträder som sin kinetiska energi. Energin är emellertid bevarad i processen. Således ger bevarande av energi förhållandet mellan frekvensen av incidentfotonen och den fotoelektroniska kinetiska energin. Det kan uttryckas som; hf = Ф + (K.E) där, Ф = materialets arbetsfunktion och K.E- Kinetisk energi är av fotoelektronen.

Einsteins teori om fotoelektrisk effekt löst ett av de utmanande problemen i fysiken. Enligt hans teori demonstrerar fotoelektrisk effekt partikelnaturen hos elektromagnetiska vågor.

Vad är Compton Effect

Compton-effekten är den oelastiska spridningen av högenergifotoner av löst bundna elektroner eller fria laddade partiklar. I denna effekt överför fotonen en del av sin energi och momentum till den laddade partikeln. Så, energin hos den resulterande foton är mindre än den hos den infallande fotonen. Våglängden för den utspridda foton är högre än den hos den infallande fotonen, eftersom energi associerad med en foton är omvänt proportionell mot fotons våglängd. Den laddade partikeln som interagerar med fotonen förvärvar en del av fotonen och rekylernas energi och momentum. Men både systemets energi och momentum bevaras i processen.

Compton-effekten observerades av Arthur Compton, och effekten namngavs efter hans namn. Compton utvecklade en teoretisk modell för att förklara Compton-effekten och så småningom kunde han härleda ett matematiskt förhållande mellan förändringen i våglängden och fotons spridningsvinkel. Hans ekvation kan uttryckas som Δλ = λ-λ₀= h / mc (1 - cosθ) 

var,

Δ λ- Förändringen i våglängden,

A-våglängden hos den utspridda fotonen,

λ₀- Våglängden av incidentfotonen,

θ- Spridningsvinkel,

m- elektronens massa,

h-Plancks konstanta och,

Konstanten är känd som Compton våglängd av elektronen. Det är lika med 2,43 10^-12m. Spridningsvinkeln (0⁰< 𝜃 < 180⁰) är den vinkel genom vilken fotonen avböjes. Så blir våglängdskiftet noll när spridningsvinkeln är 0⁰. Å andra sidan blir våglängdsskiftet två gånger Compton-våglängden hos elektronen (maximalt värde för våglängdskiftet) när spridningsvinkeln är 180⁰.

Compton-effekten är ett bra exempel på elektromagnetiska vågornas partikelegenskaper. Den klassiska elektromagnetiska teorin kan inte förklara Compton-effekten eller oelastisk spridning av elektromagnetisk strålning. Den klassiska teorin kan emellertid förklara elastisk spridning av elektromagnetisk strålning, som är känd som Thomson-spridningen (Low-Energy Compton-spridning).

I Compton-effekten är fraktionell våglängdskiftning för lågenergifotoner (synligt ljus, infraröd etc.) mycket liten. Så, Normalt är Compton-effekten endast viktig för midenergimononer som röntgen- eller gammastrålfotoner.

Skillnad mellan Photoelectric Effect och Compton Effect

Fenomen:

Fotoelektrisk effekt: Fotoelektriska effekter är ett låg-energiförsving.

Compton effekt: Compton-effekten är ett mellanenergifenomen.

Energi:

Fotoelektrisk effekt: Fotonen levererar sin totala mängd energi till en enda elektron.

Compton effekt: Fotonen överför delar av sin energi till en enda elektron.

Första teoretiska förklaringen:

Fotoelektrisk effekt: Fotoelektriska effekter förklarades av Albert Einstein.

Compton effekt: Compton-effekten förklarades av Arthur Compton.

Photon öde efter interaktionen:

Fotoelektrisk effekt: Fotonet försvinner efter interaktionen.

Compton effekt: Våglängden för den utspridda foton är högre än den för den infallande fotonen.

 Image Courtesy:

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

"Bild 2" av JabberWok på engelska Wikipedia (CC BY-SA 3.0) via Wikimedia Commons