Ipa Fọtoelectric, Ipa Compton, ati Awọn Rays X
Pendahuluan
Ní ìbẹ̀rẹ̀ ọ̀rúndún ogún, ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn àyẹ̀wò pàtàkì yí òye wa nípa ìrísí ìmọ́lẹ̀ àti ohun èlò padà. Àwọn ìṣẹ̀lẹ̀ pàtàkì mẹ́ta—ìpa àwòrán oníná, ipa Compton, àti X-ray—kó ipa pàtàkì nínú ìdàgbàsókè fisiksi òde òní. Àpilẹ̀kọ yìí yóò jíròrò ọ̀kọ̀ọ̀kan àwọn ìṣẹ̀lẹ̀ wọ̀nyí, bí a ṣe ṣàwárí wọn, àti àwọn ìtumọ̀ wọn àti àwọn ìlò wọn nínú ìmọ̀ sáyẹ́ǹsì àti ìmọ̀ ẹ̀rọ.
Ipa Fọtoelectric
Ṣíṣàwárí àti Òye
Heinrich Hertz kọ́kọ́ ṣàkíyèsí ipa photoelectric ní ọdún 1887 nígbà tí ó ṣàwárí pé ìmọ́lẹ̀ ultraviolet lè fa iná mànàmáná ní àwọn elektrode. Síbẹ̀síbẹ̀, àlàyé ìmọ̀ tó tó kò dé títí di Albert Einstein ní ọdún 1905. Einstein dábàá pé ìmọ́lẹ̀ ní ìwọ̀n agbára tí a ń pè ní photons, èyí tí ó lè tú àwọn elektrone jáde láti inú àwọn ojú irin nígbà tí a bá fà á.
Gẹ́gẹ́ bí ìlànà Einstein, a fi agbára fọ́tòn \(E\) hàn nípasẹ̀ ìṣirò:
\[ E = h\nu \]
níbi tí \(h \) jẹ́ ti Planck tí ó dúró ṣinṣin àti \( \nu \) jẹ́ ti ìmọ́lẹ̀. Nígbà tí àwọn fọ́tònù tí agbára wọn tó bá kan ojú irin kan, wọ́n lè tú àwọn elekitironi jáde tí agbára fọ́tònù bá pọ̀ ju iṣẹ́ iṣẹ́ lọ \( \phi \) ti irin náà:
\[ h\nu = \phi + KE \]
níbi tí \( KE \) jẹ́ agbára ìṣiṣẹ́ ti elekitironi tí a yọ jáde.
Ìdánwò àti Ìjẹ́rìísí
Robert Millikan ṣe àwọn àyẹ̀wò kan láàárín ọdún 1914 sí 1916 láti dán àbá Einstein wò. Àwọn àbájáde rẹ̀ fi hàn pé agbára fọ́tòn ní ìbáṣepọ̀ taara pẹ̀lú ìgbóná ìmọ́lẹ̀ àti pé kò ní ìyàtọ̀ sí agbára ìmọ́lẹ̀ náà.
Àwọn ìtumọ̀ àti àwọn ìlò
Ìparí fọ́tò mànàmáná náà fúnni ní ẹ̀rí tààrà fún ìwà ìmọ́lẹ̀ tó wà nínú ìmọ́lẹ̀ àti bí ìgbì-ẹ̀yà rẹ̀ ṣe jẹ́ méjì. Ìṣẹ̀lẹ̀ yìí ṣe pàtàkì fún ìdàgbàsókè àwọn ìmọ̀ ẹ̀rọ bíi fọ́tò mànàmáná àti àwọn kámẹ́rà CCD. Nínú ìmọ̀ ẹ̀rọ fọ́tò mànàmáná, a máa ń lo fọ́tòn láti inú oòrùn láti tú àwọn èémínókrónù jáde nínú ohun èlò semiconductor, èyí sì máa ń mú kí iná mànàmáná jáde tí a lè lò gẹ́gẹ́ bí orísun agbára.
Ipa Compton
Ṣíṣàwárí àti Òye
Arthur H. Compton ló ṣàwárí ipa Compton ní ọdún 1923. Compton ṣàkíyèsí pé nígbà tí àwọn ìtànṣán X bá pàdé àwọn elektroni ọfẹ, ìwọ̀n gígùn àwọn ìtànṣán X tí a fọ́nká máa ń gùn ju ìwọ̀n gígùn àkọ́kọ́ lọ. Ìyípadà yìí sinmi lórí igun ìtúká àti pé ẹ̀kọ́ ìgbì ìmọ́lẹ̀ àtijọ́ kò lè ṣàlàyé rẹ̀.
Compton dábàá pé kí a wo ìkọlù láàárín fọ́tòn X-ray àti elekitironi gẹ́gẹ́ bí ìkọlù elastic láàárín àwọn èròjà méjì. Agbára àti agbára ni a pa mọ́ nínú ìlànà yìí. Ìgbékalẹ̀ fún ìyípadà nínú ìgbìnlẹ̀ (tí a mọ̀ sí ìyípadà Compton) ni a fúnni nípasẹ̀:
\[ \Delta \lambda = \lambda' – \lambda = \frac{h}{m_ec} (1 – \cos \theta) \]
iṣẹ́ mi:
– \( \lambda \) ni ìgbì ìgbì àkọ́kọ́ ti àwọn ìtànṣán X-ray.
– \( \lambda' \) ni ìgbì ìgbì àwọn ìtànṣán X-ray tí a fọ́nká.
– \( h \) ni iye Planck ti o duro nigbagbogbo.
– \( m_e \) ni ìwọ̀n elekitironi.
– \( c \) ni iyara ina.
– \( \theta \) ni igun itankale.
Ìdánwò àti Ìjẹ́rìísí
Compton ṣe àwọn àyẹ̀wò nípa fífi ìtànṣán X-ray tàn ìmọ́lẹ̀ sí ibi tí a fẹ́ graphite fojú sí àti wíwọ̀n ìwọ̀n ìgbì X-ray tí a fọ́nká. Àwọn àbájáde náà bá àsọtẹ́lẹ̀ ìmọ̀ rẹ̀ mu, ó sì fúnni ní ẹ̀rí tó lágbára fún àpẹẹrẹ àwọn photon gẹ́gẹ́ bí àwọn èròjà pẹ̀lú agbára àti agbára.
Àwọn ìtumọ̀ àti àwọn ìlò
Ipa Compton jẹrisi iseda awọn fotini ati pe o mu imoye kuatomu ti itankalẹ itanna lagbara. Iṣẹlẹ yii ni awọn ohun elo pataki ninu oogun ati irawọ. Ninu aworan iṣoogun, ipa Compton ni a lo ninu iṣiro tomography (CT) lati ṣe awọn aworan ti o ga julọ ti ara inu. Ninu imọ-jinlẹ, ipa Compton ṣe iranlọwọ lati ni oye itankalẹ agbaye ati eto irawọ.
X-ray
Ṣíṣàwárí àti Òye
Wilhelm Conrad Röntgen ló ṣàwárí X-ray ní ọdún 1895. Röntgen rí i pé àwọn ìtànṣán tí a kò lè rí lè wọ inú àwọn ohun èlò líle, kí ó sì mú òjìji jáde lórí àwọn àwo fọ́tò. Ó pe àwọn ìtànṣán wọ̀nyí ní “X-ray” nítorí pé wọn kò mọ̀ wọ́n.
Àwọn ìtànṣán X jẹ́ irú ìtànṣán oníná-ìmọ́lẹ̀ pẹ̀lú àwọn ìgbì gígùn kúkúrú (0,01 sí 10 nanometers) àti agbára gíga. Wọ́n máa ń jáde nígbà tí àwọn elekitironi alágbára gíga bá pàdé ohun èlò irin kan, lójijì ni wọ́n máa ń dín iyàrá wọn kù tí wọ́n sì máa ń tú agbára jáde ní ìrísí àwọn fotoni X-ray.
Àwọn Ànímọ́ àti Àwọn Irú
Oríṣi X-ray pàtàkì méjì ló wà tí a ń ṣe:
– Àwọn ìtànṣán X-ray: A máa ń ṣe é nígbà tí àwọn elekitironi bá tún àwọn elekitironi tí ó sọnù láti inú àwọn ìkarahun inú àwọn átọ̀mù tí a fojú sí, tí ó sì máa ń ṣe àwọn photon pẹ̀lú àwọn ìgbì gígùn pàtó.
– Bremsstrahlung X-rays: A ṣe é nígbà tí agbára iná mànàmáná ti nucleus atomiki bá dínkù, tí ó sì ń mú ìpele ìgbì X-ray jáde.
Àwọn ìtumọ̀ àti àwọn ìlò
Àwárí X-ray ti ní ipa pàtàkì lórí onírúurú ẹ̀ka, pàápàá jùlọ ìmọ̀ nípa ìṣègùn àti ohun èlò. Nínú ìṣègùn, a ń lo X-ray fún àyẹ̀wò àti ìtọ́jú. X-ray ray ń gba àwòrán àwọn ẹ̀yà ara inú ara láàyè, ó ń ran àwọn dókítà lọ́wọ́ láti ṣe àyẹ̀wò àwọn egungun, èèmọ́, àti onírúurú àìsàn mìíràn. Ìtọ́jú ìtànṣán lo X-ray alágbára gíga láti pa àwọn sẹ́ẹ̀lì àrùn jẹjẹrẹ run.
Nínú ìmọ̀ nípa ohun èlò, a máa ń lo X-ray nínú X-ray crystallography láti mọ ìṣètò átọ́mù àti mọ́lẹ́kì ti àwọn crystals. Ọ̀nà yìí jẹ́ ohun èlò pàtàkì nínú kẹ́mísírì, ìmọ̀ nípa ẹ̀dá, àti ìmọ̀ nípa ohun èlò, èyí tó mú kí Rosalind Franklin, James Watson, àti Francis Crick lè rí ìṣètò DNA.
Ipari
Ìpa photoelectric, Compton effect, àti X-ray jẹ́ àwọn ìṣẹ̀lẹ̀ tó jinlẹ̀ tó ti mú kí òye wa nípa ìṣẹ̀dá ìmọ́lẹ̀ àti ohun tó wà nínú rẹ̀ gbòòrò sí i. Ìpa photoelectric effect fi ìṣẹ̀dá ìmọ́lẹ̀ hàn, Compton effect fi ìṣíṣẹ́ àwọn photon hàn, àti X-ray ṣí àwọn ayé tuntun sílẹ̀ nínú àwòrán àti ìṣàyẹ̀wò ìṣètò.
Àwárí àti òye àwọn ìṣẹ̀lẹ̀ wọ̀nyí ti yọrí sí àìmọye ìmọ̀ ẹ̀rọ tí ó ti yí onírúurú ẹ̀ka ìmọ̀ sáyẹ́ǹsì àti ìmọ̀ ẹ̀rọ padà. Láti àwọn ohun èlò ìṣègùn sí ìwádìí sáyẹ́ǹsì, ipa fọ́tò-ina, ipa Compton, àti X-ray ń bá a lọ láti kó ipa pàtàkì nínú ìlọsíwájú ìmọ̀ ẹ̀rọ àti ìmọ̀ ènìyàn.
