Inhaltsverzeichnis
- 1 Was ist der Compton-Effekt?
- 2 Wie vergrößert sich die Wellenlänge eines Photons?
- 3 Wie kann man eine kinetische Energie gleichsetzen?
- 4 Was war die Streuung von Röntgenstrahlen an Graphit?
- 5 Wie ist die Wellenlänge vor der Streuung?
- 6 Was ist der Compton-Effekt bei großer Wellenlänge?
- 7 Wie funktioniert die Wechselwirkung zwischen Photon und Elektron?
- 8 Wie groß ist die Bindungsenergie bei freien Elektronen?
- 9 Wie benutzt man Streuung von Röntgenstrahlen?
- 10 Wie verändert sich die Wellenlänge der gestreuten Strahlung?
Was ist der Compton-Effekt?
Man betrachtet beim Compton-Effekt elektromagnetische Strahlung, die auf frei bewegliche Teilchen fallen, z.B. Elektronen in der Atomhülle, die mit Röntgenstrahlung wechselwirken. Die elektromagnetische Strahlung wird als Photonenstrom betrachtet, wobei immer ein Photon mit einem Teilchen wechselwirkt.
Was ist eine Wellenlängen-Vergrößerung?
Diese Wellenlängen-Vergrößerung (bei einer Ablenkung von 90°) wird nach dem US-amerikanischen Nobelpreisträger Arthur Compton als Compton-Wellenlänge λC bezeichnet. wobei h das Plancksche Wirkungsquantum und c die Vakuum-Lichtgeschwindigkeit ist.
Wie vergrößert sich die Wellenlänge eines Photons?
Da die Energie eines Photons umgekehrt proportional zu seiner Wellenlänge ist, vergrößert sich damit die Wellenlänge des durch das Teilchen abgelenkten Photons. Diese Wellenlängen-Vergrößerung (bei einer Ablenkung von 90°) wird nach dem US-amerikanischen Nobelpreisträger Arthur Compton als Compton-Wellenlänge λC bezeichnet.
Der Compton-Effekt bezeichnet die Vergrößerung der Wellenlänge λ eines Photons bei der Streuung an einem Teilchen wie bspw. einem Elektron. ( ϑ)). λ c, e = h m e ⋅ c ≈ 2, 43 ⋅ 10 − 12 m.
Wie wird die kinetische Energie umgewandelt?
Die kinetische Energie wird dabei in Wärmeenergie umgewandelt. Durch Arbeit, die an einem Körper verrichtet wurde, wird die Energie des Körpers erhöht. Arbeit, die der Körper verrichtet, mindert seine Energie.
Wie kann man eine kinetische Energie gleichsetzen?
Während des freien Falls wird die potentielle Energie vollständig in kinetische Energie umgewandelt. Die Gesamtenergie bleibt konstant. Man kann also beide Energien gleichsetzen: bzw. Man erhält also die gleiche Formel wie mit Hilfe der Bewegungsgesetze. Die Herleitung ist jedoch ein wenig einfacher.
Was gilt für die Streuung an freien Elektronen?
Bei der Streuung an freien, ruhenden Elektronen gilt für die Änderung der Wellenlänge: Dabei bezeichnet Δλ die Wellenlängenänderung des Photons, h das Plancksche Wirkungsquantum, m0e die Ruhemasse des Elektrons, c die Lichtgeschwindigkeit und den Streuwinkel des Photons.
Was war die Streuung von Röntgenstrahlen an Graphit?
Als Arthur Compton im Jahre 1922 die Streuung von hochenergetischen Röntgenstrahlen an Graphit untersuchte, machte er zwei Beobachtungen: Zum einen war die Streuwinkelverteilung in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung nicht gleich und zum anderen war die Wellenlänge der gestreuten Strahlung größer als die der einfallenden Strahlung.
Was ist eine Röntgenphoton Streuung?
Trifft ein Röntgenphoton auf ein freies Elektron, so kommt zu einer Wechselwirkung, so wie sie in Bild 1 dargestellt ist. Man spricht von einer Streuung des Photons. Nach der Streuung hat das Photon eine kleinere Frequenz und damit eine größere Wellenlänge als zuvor. Es besitzt damit auch eine kleinere Energie.
Wie ist die Wellenlänge vor der Streuung?
Δλ=λ’−λΔλ=hme⋅c⋅(1−cosβ)λ Wellenlänge vor der Streuungλ‘ Wellenlänge nach der Streuungh plancksches Wirkungsquantumme Masse eines Elektronsc Lichtgeschwindigkeitβ Winkel, um den das Photon aus seiner ursprünglichen Richtung abgelenkt wird. Die Konstante hme⋅c bezeichnet man als COMPTON-Wellenlänge.
Was ist die Wellenlängenänderung?
Die Wellenlängenänderung ist unabhängig von der Frequenz des auftreffenden Photons. Deshalb macht sie sich bei kleinen Wellenlängen (hohen Frequenzen) prozentual am stärksten bemerkbar, z.B. bei Röntgenphotonen. Sie tritt aber auch bei Photonen anderer Frequenzen auf.
Die Photonen haben Energie und Impuls an die Elektronen abgegeben. Der Effekt wurde 1922 von dem US-amerikanischen Physiker ARTHUR HOLLY COMPTON (1892-1962) entdeckt und wird nach seinem Entdecker als COMPTON-Effekt bezeichnet.
Was ist der Compton-Effekt bei großer Wellenlänge?
Die sehr kleinen Wellenlängenänderungen sind der Grund dafür, dass der Compton-Effekt nur bei sehr kurzwelliger Strahlung, im Bereich der Röntgen- und Gammastrahlung, beobachtet werden kann. Bei großer Wellenlänge ist deren relative Zunahme gering, die Streuung scheint ohne Energieverlust stattzufinden, man spricht dann von Thomson-Streuung.
Was sind die physikalischen Gesetze?
Es gelten die folgenden physikalischen Gesetze: Gesucht ist die Energie oder der Impuls oder die Wellenlänge des gestreuten Photons in Abhängigkeit von den Daten des ungestreuten Photons und des Winkels ϑ. Strategie: Man setzt die einfacheren Gleichungen (1) und (3) in die kompliziertere Gleichung (2) ein.
Wie funktioniert die Wechselwirkung zwischen Photon und Elektron?
Auf das Elektron wird nicht nur Energie, sondern auch Impuls übertragen. Man kann sich folglich die Wechselwirkung zwischen Photon und Elektron energetisch wie einen elastischen Stoß vorstellen. Entdeckt wurde dieser Effekt im Jahre 1922 von dem US-amerikanischen Physiker ARTHUR HOLLY COMPTON (1892-1962).
Was ist ein “getroffenes” Elektron?
Das “getroffene” Elektron wird nach vorwärts vom Atom weggeschleudert und zwar unter einem Winkel von 00 und 900 gegen die Einfallsrichtung des Photons. Man nennt ein solches Elektron dann “Compton-Elektron”. Seine Energie ist meistens ausreichend für die Ionisation weiterer Atome längs seiner Bahn.
Wie groß ist die Bindungsenergie bei freien Elektronen?
Die Bindungsenergie, die dann beim Einfang eines freien Elektrons frei wird, ist verhältnismäßig klein. Mit steigender Photonenenergie nimmt die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten des Compton-Effektes ab. Trotzdem ist er im biologischen Gewebe bei Energien oberhalb von 30 keV der vorherrschende Wechselwirkungsprozess.
Was geschieht bei der Streuung eines Atoms?
Bei Streuung am Elektron eines Atoms wird dieses durch diesen Prozess ionisiert und es werden ein Photoelektron sowie ein Photon mit winkelabhängig verringerter Energie emittiert.
Wie benutzt man Streuung von Röntgenstrahlen?
In der Materialphysik, der Chemie und der Biochemie wird Streuung von Röntgenstrahlen zur Strukturaufklärung benutzt. Ein bekanntes Beispiel ist die Strukturaufklärung der DNA. Mit Hilfe der Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) kann die elementare Zusammensetzung einer Probe untersucht werden.
Sind Röntgenstrahlen elektromagnetische Strahlungen?
Röntgenstrahlen sind elektromagnetische Wellen mit einer Photonenenergie, die höher ist als die von ultraviolettem Licht. Die Energiebereiche der Gamma- und Röntgenstrahlen überschneiden sich in einem weiten Bereich. Beide Strahlungsarten sind elektromagnetische Strahlung und bei gleicher Energie deshalb äquivalent.
Wie verändert sich die Wellenlänge der gestreuten Strahlung?
Comptons Messungen zeigten, dass sich die Wellenlänge der gestreuten Strahlung je nach Streuwinkel wie bei einem elastischen Stoß von Teilchen, dem Photon und dem Elektron, verhält. Die Änderung der Wellenlänge kann man mit Hilfe des Energie- und Impulserhaltungssatz herleiten (siehe unten).
Wie kann man die Änderung der Wellenlänge herleiten?
Die Änderung der Wellenlänge kann man mit Hilfe des Energie- und Impulserhaltungssatz herleiten (siehe unten). Die Konstante h m e ⋅ c wird auch als Compton-Wellenlänge λ c bezeichnet und hat einen Wert von: