Différence entre l'effet photoélectrique et l'effet Compton

Différence principale - effet photoélectrique vs effet Compton

L'effet photoélectrique et l'effet Compton sont deux types d'interactions entre la lumière et la matière. Les deux effets démontrent la nature particulaire des ondes électromagnétiques. L'effet photoélectrique a été expliqué par Albert Einstein. L'effet Compton a été observé et expliqué par Arthur Compton. jen effet photoélectrique, toute l'énergie du photon incident est acquise par un seul électron mais, dans l'effet Compton, le photon incident ne transfère qu'une partie de son énergie à un électron. L'effet photoélectrique est un phénomène de faible énergie et les photons en interaction disparaissent juste après avoir fourni leur énergie aux électrons. L’effet Compton, en revanche, est un phénomène de moyenne énergie et les photons en interaction sont dispersés par les électrons.. C'est le différence principale entre effet photoélectrique et effet Compton.

Quel est l'effet photoélectrique

L'effet photoélectrique est un effet par lequel des électrons faiblement liés dans des métaux sont éjectés du matériau lorsque le rayonnement électromagnétique interagit avec ces électrons. Les électrons éjectés sont appelés photoélectrons. Il existe plusieurs observations expérimentales importantes concernant l'effet photoélectrique. Certains d'entre eux sont;

1. L'énergie cinétique maximale des photoélectrons (pour un matériau donné) dépend uniquement de la fréquence de la lumière.
2. Les énergies cinétiques des photoélectrons ne dépendent pas de l'intensité de
3. Il existe une fréquence seuil (fréquence de coupure) qui dépend du matériau. Les fréquences lumineuses inférieures à la fréquence seuil ne peuvent pas produire de photoélectrons.
4. Le nombre de photoélectrons produits au cours du processus est proportionnel à l'intensité de la lumière. plus l'intensité est élevée, plus le nombre de photoélectrons est élevé.
5. Les photoélectrons sont éjectés immédiatement après l'éclairage du matériau.

La théorie classique de l'électromagnétisme ne peut expliquer les observations expérimentales ci-dessus (à l'exception de la quatrième observation). Albert Einstein a donc développé une théorie révolutionnaire pour expliquer l'effet photoélectrique. Il a utilisé l'idée de quantification du rayonnement électromagnétique dans sa théorie. Selon sa théorie, la lumière consiste en paquets d'énergie ou quanta d'énergie appelés photons. Ils sont absorbés ou produits sous forme d'unités de paquets d'énergie. Simplement, les paquets d’énergie fractionnels n’existent pas. L'énergie (E) associée à un photon est donnée par; E = hf où, h = constante de Planck et f = fréquence de l'onde électromagnétique.

Sa théorie suggère que l'énergie d'un photon est complètement acquise par un seul électron dans le métal. L'électron dépense une certaine quantité d'énergie (travail du matériau) pour se libérer de sa liaison dans le matériau. L'électron sort du matériau sous forme d'électron libéré appelé photoélectron. Normalement, l'électron perd une partie de son énergie en raison de son interaction avec les autres électrons de l'environnement. L'énergie restante de l'électron apparaît comme son énergie cinétique. Cependant, l'énergie est conservée dans le processus. Ainsi, la conservation de l’énergie donne la relation entre la fréquence du photon incident et l’énergie cinétique du photoélectron. Il peut être exprimé par; hf = Ф + (K.E) où, = fonction de travail du matériau et K.E- L'énergie cinétique est du photoélectron.

La théorie d'Einstein sur l'effet photoélectrique a résolu l'un des problèmes difficiles de la physique. Selon sa théorie, l'effet photoélectrique démontre la nature particulaire des ondes électromagnétiques.

Quel est l'effet Compton

L'effet Compton est la diffusion inélastique de photons de haute énergie par des électrons faiblement liés ou des particules chargées libres. À cet effet, le photon transfère une partie de son énergie et de sa quantité de mouvement à la particule chargée. Ainsi, l’énergie du photon résultant est inférieure à celle du photon incident. La longueur d'onde du photon diffusé est supérieure à celle du photon incident, l'énergie associée à un photon étant inversement proportionnelle à la longueur d'onde du photon. La particule chargée qui interagit avec le photon acquiert une partie de l'énergie et de la quantité de mouvement du photon et recule. Cependant, l’énergie et l’élan du système sont conservés au cours du processus..

Arthur Compton a observé l'effet Compton, qui a été nommé d'après son nom. Compton a mis au point un modèle théorique pour expliquer l'effet Compton et, éventuellement, il pourrait déduire une relation mathématique entre le changement de longueur d'onde et l'angle de diffusion du photon. Son équation peut être exprimée par, Δ λ = λ - λ₀= h / mc (1 - cosθ) 

où,

Δ λ- Le changement de la longueur d'onde,

λ- Longueur d'onde du photon diffusé,

λ₀- Longueur d'onde du photon incident,

angle- Angle de diffusion,

m- Masse de l'électron,

h- la constante de Planck et,

La constante est connue sous le nom de Longueur d'onde de Compton de l'électron. Il est égal à 2,43 10^-12m. L'angle de diffusion (0⁰< 𝜃 < 180⁰) est l'angle par lequel le photon est dévié. Ainsi, le décalage de longueur d'onde devient nul lorsque l'angle de diffusion est 0⁰. D'autre part, le décalage de longueur d'onde devient deux fois la longueur d'onde de Compton de l'électron (valeur maximale du décalage de longueur d'onde) lorsque l'angle de diffusion est de 180⁰.

L’effet Compton est un bon exemple de la nature particulaire des ondes électromagnétiques. La théorie électromagnétique classique ne peut expliquer l'effet Compton ou la diffusion inélastique du rayonnement électromagnétique. Cependant, la théorie classique peut expliquer la diffusion élastique du rayonnement électromagnétique connue sous le nom de diffusion Thomson (diffusion Compton à basse énergie)..

Dans l'effet Compton, le décalage de longueur d'onde fractionnaire pour les photons à basse énergie (lumière visible, infrarouge, etc.) est très faible. Ainsi, normalement, l’effet Compton n’est important que pour les photons de moyenne énergie tels que les photons à rayons X ou gamma.

Différence entre l'effet photoélectrique et l'effet Compton

Phénomène:

Effet photoélectrique: L'effet photoélectrique est un phénomène de basse énergie.

Effet Compton: L'effet Compton est un phénomène de moyenne énergie.

Énergie:

Effet photoélectrique: Le photon fournit sa quantité totale d'énergie à un seul électron.

Effet Compton: Le photon transfère une partie de son énergie à un seul électron.

Première explication théorique:

Effet photoélectrique: L'effet photoélectrique a été expliqué par Albert Einstein.

Effet Compton: L'effet Compton a été expliqué par Arthur Compton.

Le destin du photon après l'interaction:

Effet photoélectrique: Le photon disparaît après l'interaction.

Effet Compton: La longueur d'onde du photon diffusé est supérieure à celle du photon incident.

 Courtoisie d'image:

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“Image 2" de JabberWok sur Wikipedia anglais (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia