Aafiaga o le Photoelectric, Aafiaga o Compton, ma X-Res
Pendahuluan
I le amataga o le seneturi lona 20, o le tele o faʻataʻitaʻiga taua na suia ai lo tatou malamalama i le natura o le malamalama ma meafaitino. E tolu mea taua na tutupu—o le aafiaga o le malamalama i le la, le aafiaga o le Compton, ma ave-X—na i ai se sao taua i le atinaʻeina o le fisiki faʻaonaponei. O lenei tusiga o le a talanoaina ai nei mea taʻitasi, pe na faʻapefea ona maua, ma o latou aʻafiaga ma faʻaoga i le saienisi ma tekinolosi.
Aafiaga o le Photoelectric
Sailiga ma le Malamalama
Na muai matauina e Heinrich Hertz le aafiaga o le photoelectric i le 1887 ina ua ia iloa e mafai e le malamalama ultraviolet ona mafua ai ni aloiafi eletise i electrodes. Peitai, e lei oo mai se faamalamalamaga fa'ateorē talafeagai seia oo ia Albert Einstein i le 1905. Na fautuaina e Einstein o le malamalama e aofia ai le quanta o le malosi e ta'ua o photons, lea e mafai ona tulei ese electrons mai luga o u'amea pe a mitiia.
E tusa ai ma le talitonuga a Einstein, o le malosiaga o le photon \(E\) e tuʻuina mai e le fua faʻatatau:
\[ E = h\nu \]
lea o le \( h \) o le Planck's constant ma le \( \nu \) o le frequency o le malamalama. A pa'i atu photons e lava le malosi i luga o le u'amea, e mafai ona latou fa'ate'aina electrons pe afai e sili atu le malosi o le photon nai lo le work function \( \phi \) o le u'amea:
\[ h\nu = \phi + KE \]
lea o le \( KE \) o le malosiaga kinetic o le eletise na tulei ese.
Fa'ata'ita'iga ma le Fa'amaoniga
Na faia e Robert Millikan se faasologa o faʻataʻitaʻiga i le va o le 1914 ma le 1916 e faʻataʻitaʻi ai le manatu o Einstein. O ana taunuuga na lagolagoina ai ma le mautinoa le manatu o Einstein, ma faʻaalia ai o le malosiaga o le photon e fesoʻotaʻi saʻo ma le tele o le malamalama ma e tutoʻatasi mai le malosi o le malamalama.
Aafiaga ma Faʻaoga
O le aafiaga o le photoelectric e maua ai faʻamaoniga tuusaʻo mo le natura quantum o le malamalama ma lona wave-particle duality. O lenei mea e taua tele i le atinaʻeina o tekinolosi e pei o photovoltaics ma meapueata CCD. I le tekinolosi photovoltaic, o photons mai le susulu o le la e faʻaaogaina e faʻateʻa ese ai electrons i totonu o se mea semiconductor, ma maua ai se eletise e mafai ona faʻaaogaina o se puna o le malosi.
Aafiaga o Compton
Sailiga ma le Malamalama
Na maua le aafiaga o Compton e Arthur H. Compton i le 1923. Na matauina e Compton afai e feto'ai ave-X ma eletise saoloto, e umi atu le galu o ave-X ua salalau solo nai lo le galu muamua. O lenei suiga e fa'alagolago i le tulimanu o le fa'asalalauina ma e le mafai ona fa'amatalaina e le a'oa'oga masani o galu o le malamalama.
Na fautuaina e Compton e tatau ona taulimaina le feto'ai i le va o se X-ray photon ma se electron o se feto'ai fa'alelei i le va o ni vaega se lua. E fa'asaoina le malosi ma le momentum i lenei faiga. O le fua fa'atatau mo le suiga o le wavelength (e ta'ua o le Compton shift) e tu'uina mai e:
\[ \Delta \lambda = \lambda' – \lambda = \frac{h}{m_ec} (1 – \cos \theta) \]
di mana:
– \( \lambda \) o le galu muamua lea o ave-X.
– \( \lambda' \) o le galu o ave-X ua salalau solo.
– \( h \) o le tumau a Planck.
– \( m_e \) o le mamafa o le eletise.
– \( c \) o le saoasaoa o le malamalama.
– \( \theta \) o le tulimanu o le salalau.
Fa'ata'ita'iga ma le Fa'amaoniga
Na faia e Compton ni faʻataʻitaʻiga e ala i le faʻamalamalamaina o se sini o le graphite i ave-X ma le fuaina o galu o ave-X na salalau solo. Na ogatasi taunuuga ma ana valoʻaga faʻateorē, ma maua ai ni faʻamaoniga malolosi mo le faʻataʻitaʻiga o photons o ni vaega e iai le malosi ma le momentum.
Aafiaga ma Faʻaoga
O le aafiaga o Compton e faʻamaonia ai le natura o vaega o photons ma faʻamalosia ai le aʻoaʻoga quantum o le electromagnetic radiation. O lenei mea e iai ona faʻaoga taua i vailaʻau ma le astronomy. I le faʻataʻitaʻiga faafomaʻi, o le aafiaga o Compton e faʻaaogaina i le computed tomography (CT) e gaosia ai ni ata maualuga le iugafono o le tino i totonu. I le astronomy, o le aafiaga o Compton e fesoasoani e malamalama ai i le radiation o le vateatea ma le fausaga o fetu.
X-ray
Sailiga ma le Malamalama
Na maua e Wilhelm Conrad Röntgen ave-X i le 1895. Na maua e Röntgen e mafai e ave e le vaaia ona ati atu i mea malo ma faia ai ni ata i luga o papatusi ata. Na ia taʻua nei ave o “ave-X” ona o lo latou natura e le o iloa.
O ave-X o se ituaiga o fa'asalalauga eletise e pupuu tele galu (0,01 i le 10 nanometers) ma e matua maualuga lava le malosi. E maua mai pe a feto'ai eletise e maualuga le malosi ma se u'amea e taula'i i ai, ma fa'afuase'i ona fa'aitiitia lo latou saoasaoa ma fa'asa'olotoina le malosi i foliga o photons ave-X.
Uiga ma Ituaiga
E lua ituaiga autū o ave-X e gaosia:
– X-ave masani: E maua mai pe a toe fa'atumu e eletise ia eletise ua misi mai atigi i totonu o atoma fa'amoemoeina, ma maua mai ai photons ma ni galu fa'apitoa.
– Bremsstrahlung X-ray: E maua mai pe a fa'agesegese le saoasaoa o eletise e le fanua eletise o se nucleus atomika, ma maua ai se fusi faifai pea o galu o le X-ray.
Aafiaga ma Faʻaoga
O le mauaina o ave-X ua i ai se aafiaga tele i vaega eseese, aemaise lava i vailaʻau ma le saienisi o meafaitino. I le vailaʻau, e faʻaaogaina ave-X mo suʻesuʻega ma togafitiga. E mafai e le X-ray X ona faia ni ata o fausaga i totonu o le tino, e fesoasoani ai i fomaʻi e suʻesuʻe ni gau o ponaivi, tumo, ma isi tulaga faafomaʻi eseese. O le togafitiga i le radiation e faʻaaogaina ai ave-X e malosi tele e faʻaumatia ai sela o le kanesa.
I le saienisi o meafaitino, e faʻaaogaina ave-X i le X-ray crystallography e iloa ai le fausaga atomika ma molecular o tioata. O lenei metotia o se meafaigaluega taua i le kemisi, biology, ma le saienisi o meafaitino, ma mafai ai ona maua le fausaga o le DNA e Rosalind Franklin, James Watson, ma Francis Crick.
I'uga
O le aafiaga o le malamalama i le eletise (photoelectric effect), le aafiaga o le Compton, ma ave-X o ni mea loloto ia ua faalauteleina ai lo tatou malamalama i le natura o le malamalama ma meafaitino. O le aafiaga o le malamalama i le eletise (photoelectric effect) na faaalia ai le natura o le malamalama i le quantum, o le aafiaga o le Compton na faamaonia ai le saoasaoa o photons, ma o ave-X na tatalaina ai ni lalolagi fou i le pueina o ata ma le auiliiliga o le fausaga.
O le mauaina ma le malamalama i nei mea ua iʻu ai i le tele o tekinolosi ua suia ai vaega eseese o le saienisi ma le inisinia. Mai faʻaoga faafomaʻi i suʻesuʻega faasaienisi, o le aafiaga o le photoelectric, le aafiaga o le Compton, ma X-ray o loʻo faʻaauau pea ona i ai se sao taua i le alualu i luma o tekinolosi ma le malamalama o tagata.
