Diferencia entre efecto fotoeléctrico y efecto Compton

Diferencia Principal - Efecto Fotoeléctrico vs Efecto Compton

El efecto fotoeléctrico y el efecto Compton son dos tipos de interacciones entre la luz y la materia. Ambos efectos demuestran la naturaleza de las partículas de las ondas electromagnéticas. El efecto fotoeléctrico fue explicado por Albert Einstein. El efecto Compton fue observado y explicado por Arthur Compton. yon el efecto fotoeléctrico, la energía completa del fotón incidente es adquirida por un solo electrón pero, en el efecto Compton, el fotón incidente transfiere solo una parte de su energía a un electrón. El efecto fotoeléctrico es un fenómeno de baja energía, y los fotones interactuados desaparecen justo después de entregar su energía a los electrones. El efecto Compton, por otro lado, es un fenómeno de energía media, y los fotones interactuados son dispersados ​​por los electrones.. Este es el diferencia principal entre el efecto fotoeléctrico y el efecto Compton.

¿Qué es el efecto fotoeléctrico?

El efecto fotoeléctrico es un efecto donde los electrones débilmente unidos dentro de los metales son expulsados ​​del material cuando la radiación electromagnética interactúa con esos electrones. Los electrones expulsados ​​son conocidos como los fotoelectrones. Hay varias observaciones experimentales importantes relevantes para el efecto fotoeléctrico. Algunos de ellos son;

1. La energía cinética máxima de los fotoelectrones (para un material dado) depende solo de la frecuencia de la luz.
2. Las energías cinéticas de los fotoelectrones no dependen de la intensidad de
3. Hay una frecuencia de umbral (frecuencia de corte) que depende del material. Las frecuencias de luz por debajo del umbral no pueden producir fotoelectrones..
4. El número de fotoelectrones producidos en el proceso es proporcional a la intensidad de la luz; A mayor intensidad, mayor número de fotoelectrones..
5. Los fotoelectrones se expulsan inmediatamente después de que se ilumina el material.

La teoría clásica del electromagnetismo no puede explicar las observaciones experimentales anteriores (excepto la cuarta observación). Entonces, Albert Einstein desarrolló una teoría revolucionaria para explicar el efecto fotoeléctrico. Utilizó la idea de cuantización de la radiación electromagnética en su teoría. Según su teoría, la luz consiste en paquetes de energía o cuantos de energía llamados fotones. Son absorbidos o producidos como unidades de paquetes de energía. Simplemente, los paquetes de energía fraccionaria no existen. La energía (E) asociada con un fotón está dada por; E = hf donde, h = constante de Planck y f = frecuencia de la onda electromagnética.

Su teoría sugiere que la energía de un fotón es completamente adquirida por un solo electrón en el metal. El electrón gasta una cierta cantidad de energía (función de trabajo del material) para liberarse de su unión en el material. El electrón sale del material como un electrón liberado que se llama un fotoelectrón. Normalmente, el electrón pierde cierta cantidad de su energía debido a la interacción con otros electrones en los alrededores en su camino. La energía restante del electrón aparece como su energía cinética. Sin embargo, la energía se conserva en el proceso. Entonces, la conservación de la energía da la relación entre la frecuencia del fotón incidente y la energía cinética del fotoelectrón. Se puede expresar como; hf = Ф + (K.E) donde, Ф = función de trabajo del material y K.E- la energía cinética es del fotoelectrón.

La teoría del efecto fotoeléctrico de Einstein resolvió uno de los problemas desafiantes de la física. Según su teoría, el efecto fotoeléctrico demuestra la naturaleza de las partículas de las ondas electromagnéticas..

¿Qué es el efecto Compton?

El efecto Compton es la dispersión inelástica de fotones de alta energía por electrones unidos libremente o partículas cargadas libremente. En este efecto, el fotón transfiere parte de su energía y momento a la partícula cargada. Entonces, la energía del fotón resultante es menor que la del fotón incidente. La longitud de onda del fotón dispersado es más alta que la del fotón incidente, ya que la energía asociada con un fotón es inversamente proporcional a la longitud de onda del fotón. La partícula cargada que interactúa con el fotón adquiere una parte de la energía y el momento del fotón y retrocede. Sin embargo, tanto la energía como el impulso del sistema se conservan en el proceso..

El efecto Compton fue observado por Arthur Compton, y el efecto fue nombrado después de su nombre. Compton desarrolló un modelo teórico para explicar el efecto Compton y, finalmente, pudo derivar una relación matemática entre el cambio en la longitud de onda y el ángulo de dispersión del fotón. Su ecuación se puede expresar como, Δ λ = λ - λ₀= h / mc (1 - cosθ) 

dónde,

Δ λ- El cambio en la longitud de onda,

λ- Longitud de onda del fotón disperso,

λ₀- Longitud de onda del fotón incidente.,

𝜃- Ángulo de dispersión,

m- masa del electrón,

h- Planck es constante y,

La constante se conoce como Longitud de onda de Compton del electrón. Es igual a 2,43 10^-12metro. El ángulo de dispersión (0⁰< 𝜃 < 180⁰es el ángulo a través del cual se desvía el fotón. Entonces, el cambio de longitud de onda se convierte en cero cuando el ángulo de dispersión es 0⁰. Por otro lado, el cambio de longitud de onda se convierte en el doble de la longitud de onda de Compton del electrón (valor máximo del cambio de longitud de onda) cuando el ángulo de dispersión es 180⁰.

El efecto Compton es un buen ejemplo de la naturaleza de las partículas de las ondas electromagnéticas. La teoría electromagnética clásica no puede explicar el efecto Compton o la dispersión inelástica de la radiación electromagnética. Sin embargo, la teoría clásica puede explicar la dispersión elástica de la radiación electromagnética que se conoce como la dispersión de Thomson (dispersión compton de baja energía)..

En el efecto Compton, el cambio de longitud de onda fraccional para fotones de baja energía (luz visible, infrarrojo, etc.) es muy pequeño. Entonces, normalmente, el efecto Compton es importante solo para los fotones de energía media, como los rayos X o fotones de rayos gamma.

Diferencia entre efecto fotoeléctrico y efecto Compton

Fenómeno:

Efecto fotoeléctrico: El efecto fotoeléctrico es un fenómeno de baja energía..

Efecto Compton: El efecto Compton es un fenómeno de energía media..

Energía:

Efecto fotoeléctrico: El fotón entrega su cantidad total de energía a un solo electrón..

Efecto Compton: El fotón transfiere parte de su energía a un solo electrón..

Primera explicación teórica:

Efecto fotoeléctrico: El efecto fotoeléctrico fue explicado por Albert Einstein..

Efecto Compton: El efecto Compton fue explicado por Arthur Compton.

El destino del fotón después de la interacción:

Efecto fotoeléctrico: El fotón desaparece después de la interacción..

Efecto Compton: La longitud de onda del fotón dispersado es más alta que la del fotón incidente..

 Imagen de cortesía:

"Imagen 1" (CC BY-SA 3.0) a través de Commons Wikimedia 

“Imagen 2" de JabberWok en la Wikipedia en inglés (CC BY-SA 3.0) a través de Commons Wikimedia