Dualisme gelombang-partikel
| English | Bahasa Indonesia |
|---|---|
| diffraction/dɪˈfrækʃn/ | difraksi |
| wave-particle duality/weɪv ˈpɑːtɪkl djuːˈælɪti/ | dualitas gelombang-partikel |
| de Broglie wavelength/də ˈbrəʊli ˈweɪvleŋθ/ | panjang gelombang de Broglie |
| interference/ˌɪntəˈfɪərəns/ | intervensi |
| diffraction grating/dɪˈfrækʃn ˈɡreɪtɪŋ/ | kisi difraksi |
| electron diffraction/ɪˈlektrɒn dɪˈfrækʃn/ | difraksi elektron |
| Planck constant/plæŋk ˈkɒnstənt/ | konstanta Planck |
| polycrystalline/ˌpɒlɪˈkrɪstəlaɪn/ | polikristalin |
Tembakkan elektron ke grafit dan Anda akan mendapatkan cincin
- Elektron adalah partikel. Semua orang sepakat: mereka memiliki massa, membawa muatan, tiba satu per satu.
- Tembakkan berkas elektron ke lembaran tipis grafit dan layar menunjukkan cincin terang konsentris.
- Cincin adalah pola difraksi, dan hanya gelombang yang mengalami difraksi. Namun ini adalah elektron.
- Pelajaran ini adalah kontradiksi dan resolusinya: dualisme gelombang-partikel dan panjang gelombang de Broglie $\lambda = h/p$.
Bukti dua sisi
- Radiasi elektromagnetik, dan materi, dapat menunjukkan kedua sifat gelombang seperti interferensi dan difraksi dan sifat partikel seperti efek fotolistrik. Itulah jawaban dua poin.
- Diminta untuk satu bukti masing-masing, untuk radiasi: sisi partikel, efek fotolistrik (frekuensi ambang, dan emisi segera meskipun redup); sisi gelombang, interferensi atau difraksi (celah Young, kisi difraksi).
- Untuk materi, bukti gelombangnya adalah difraksi elektron. Sebutkan fenomena tersebut, bukan hanya kata "gelombang".
Cahaya menunjukkan sifat gelombangnya dalam interferensi, dan sifat partikelnya dalam:
Efek fotolistrik memerlukan foton (partikel); interferensi dan difraksi memerlukan gelombang.
Pasangkan setiap sifat dengan bukti yang mendukungnya.
Sebutkan fenomena, bukan kategorinya. "Berperilaku seperti gelombang" adalah pengulangan pertanyaan, bukan bukti.
Hipotesis de Broglie
- Jika gelombang dapat bertindak seperti partikel, mungkin partikel dapat bertindak seperti gelombang. Setiap partikel yang bergerak memiliki panjang gelombang:
- Panjang gelombang de Broglie adalah panjang gelombang yang terkait dengan partikel yang bergerak, di mana $h$ adalah konstanta Planck dan $p$ momentum partikel. Sebutkan kedua simbol tersebut saat diminta.
- Ini adalah $\lambda = h/p$ yang sama yang dipatuhi oleh foton. Satu hubungan, dua jenis objek.
Panjang gelombang de Broglie
λ = h/p
Panjang gelombang partikel berbanding terbalik dengan momentumnya—partikel yang lebih cepat dan berat memiliki gelombang yang lebih pendek.
Panjang gelombang de Broglie dari sebuah partikel adalah:
$\lambda = \dfrac{h}{p}$ — panjang gelombang adalah konstanta Planck dibagi momentum.
Mengapa Anda tidak pernah mengalami difraksi di pintu
- $h$ sangat kecil, sehingga benda sehari-hari memiliki panjang gelombang yang absurdly kecil. Bola $0.10\ \text{kg}$ pada $10\ \text{m/s}$ memiliki
- Itu jauh lebih kecil dari celah atau jarak kisi apa pun, dan difraksi hanya terlihat ketika celah sebanding dengan panjang gelombang.
- Elektron berbeda: pada $4.9\times10^{7}\ \text{m/s}$ momentumnya adalah $4.46\times10^{-23}\ \text{kg m/s}$, memberikan $\lambda = 1.5\times10^{-11}\ \text{m}$, sekitar $0.015\ \text{nm}$. Itu adalah ukuran celah antara atom dalam kristal, yang merupakan alasan mengapa kristal dapat mendifrakksinya.
Sebuah bola bermassa 0.10 kg bergerak dengan kecepatan 10 m/s. Berapakah panjang gelombang de Broglie-nya, dalam satuan 1e-34 m?
p = 1.0 kg m/s, sehingga lambda = 6.63e-34 m. Itu jauh lebih kecil dari celah atau jarak kisi manapun, itulah sebabnya benda sehari-hari tidak pernah mengalami difraksi.
Difraksi elektron, dijelaskan
- Deskripsi empat poin berjalan dalam empat langkah, dan setiap langkah adalah satu poin.
- Satu. Elektron dari filamen yang dipanaskan dipercepat melalui beda potensial tinggi menjadi sebuah berkas.
- Dua. Berkas tersebut melewati film grafit polikristalin tipis, dengan jarak atom sekitar $10^{-10}\ \text{m}$ yang bertindak sebagai kisi difraksi.
- Tiga. Pada layar fluoresensi, mereka menghasilkan titik terang di tengah yang dikelilingi oleh cincin konsentris.
- Empat. Cincin adalah pola difraksi, difraksi adalah sifat gelombang, sehingga elektron berperilaku sebagai gelombang, dan jari-jari cincin sesuai dengan $\lambda = h/p$.
Cincin, bukan titik
Difraksi elektron menunjukkan bahwa elektron dapat berperilaku sebagai gelombang.
Hanya gelombang yang dapat terdifraksi, namun berkas elektron menghasilkan pola difraksi—sehingga elektron memiliki sifat gelombang.
Mempercepat elektron membuat cincin difraksi:
Elektron lebih cepat → $\lambda$ lebih pendek → difraksi kurang → cincin menyempit.
Susun deskripsi eksperimen difraksi elektron secara berurutan.
Setiap langkah bernilai satu poin dari empat poin total. Langkah terakhir adalah kesimpulan, dan itu adalah langkah yang paling sering terlewat.
Contoh terpecahkan: mempercepat elektron
- Sebuah elektron dipercepat dari keadaan diam melalui $2500\ \text{V}$. Tentukan panjang Gelombang de Broglie-nya.
- Energi kinetik yang diperoleh: $E_K = eV$, dan $p = \sqrt{2mE_K} = \sqrt{2m_e eV}$.
- Maka $\lambda = \dfrac{h}{\sqrt{2m_e eV}} = \dfrac{6.63\times10^{-34}}{\sqrt{2(9.11\times10^{-31})(1.6\times10^{-19})(2500)}} = 2.5\times10^{-11}\ \text{m}$.
- Itu dekat dengan jarak atom dalam kristal, itulah sebabnya elektron dapat terdifraksi oleh grafit.
- Hafalkan rantai $qV = \tfrac{1}{2}mv^2 \Rightarrow p = \sqrt{2mqV} \Rightarrow \lambda = h/\sqrt{2mqV}$. Hal ini sering ditanyakan secara langsung.
Sebuah elektron dipercepat dari keadaan diam melalui 2500 V. Berapa panjang gelombang de Broglie-nya, dalam satuan 1e-11 m?
p = sqrt(2 m e V) = 2.7e-23 kg m/s, sehingga lambda = h/p = 2.5e-11 m, mendekati jarak atom dalam kristal. Gunakan momentum, jangan gunakan kecepatan, dalam h/p.
Apa efek mengubah kecepatan
- Elektron yang lebih cepat memiliki momentum lebih besar, sehingga panjang gelombang lebih pendek, sehingga difraksi lebih sedikit: cincin bergerak lebih berdekatan.
- Elektron yang lebih lambat menyebarkan cincin jauh.
- Karena $\lambda \propto 1/\sqrt{V}$, mengurangi panjang gelombang setengahnya membutuhkan beda potensial percepatan empat kali lipat.
- Ini adalah pertanyaan lanjutan standar, dan tanda efeknya adalah yang diujinya. Lebih banyak volt, cincin lebih kecil.
Partikel yang lebih cepat (momentum lebih besar) memiliki panjang gelombang de Broglie ____.
$\lambda = \dfrac{h}{p}$, sehingga $p$ yang lebih besar menghasilkan $\lambda$ yang lebih kecil.
Bedaya potensial akselerasi dalam tabung difraksi elektron ditingkatkan. Apa yang terjadi? Pilih semua yang berlaku.
Semakin tinggi voltase, semakin besar momentum, semakin pendek panjang gelombang, difraksi berkurang, cincin lebih kecil. Karena lambda berbanding terbalik dengan 1/sqrt(V), untuk memperpendek panjang gelombang menjadi setengahnya diperlukan tegangan empat kali lipat.
⟦⟧ Nilai yang sering terlewat
- Sebutkan fenomena sebagai bukti, bukan kategori: "difraksi elektron", bukan "berperilaku seperti gelombang".
- Gunakan momentum, bukan kecepatan, dalam $\lambda = h/p$. Untuk elektron yang dipercepat, ikuti $p = \sqrt{2mqV}$.
- Sketsa polanya sebagai cincin, jangan pernah sebagai titik atau pola garis lurus.
- Tegangan percepatan yang lebih tinggi menghasilkan cincin yang lebih kecil. Membalikkan hubungan ini adalah kesalahan paling umum di sini.
- Benda sehari-hari memiliki panjang gelombang sekitar $10^{-34}\ \text{m}$, itulah mengapa dualisme tak terlihat di luar laboratorium.
Anda telah memahaminya
- dualisme gelombang-partikel: radiasi dan materi keduanya menunjukkan perilaku gelombang (interferensi, difraksi) dan perilaku partikel (efek fotolistrik)
- panjang Gelombang de Broglie dari partikel yang bergerak adalah $\lambda = h/p$, dengan $h$ konstanta Planck dan $p$ momentum
- difraksi elektron melalui grafit polikristalin memberikan cincin konsentris, yang hanya dapat dihasilkan oleh gelombang
- untuk elektron yang dipercepat melalui $V$, $\lambda = h/\sqrt{2m_e eV}$, sehingga beda potensial yang lebih besar menghasilkan panjang gelombang yang lebih pendek dan cincin yang lebih kecil