ظاهرة كومبتن ومسائل و اسئلة المجموعة الاولى للفصل الثامن

💡 ما هي ظاهرة كومبتن؟

ظاهرة كومبتن هي ظاهرة فيزيائية تحدث عند تصادم فوتون (أشعة سينية أو غاما) مع إلكترون حر أو ضعيف الارتباط داخل مادة، حيث:

• يتشتت الفوتون (يغير اتجاهه).
• يفقد جزءًا من طاقته للإلكترون.
• يزداد طوله الموجي بعد التصادم.

🌟 سميت نسبة إلى العالم الأمريكي آرثر كومبتن (A.H. Compton) الذي اكتشفها عام 1923.

🔬 تفسير الظاهرة:

قبل التصادم:

• يتحرك فوتون عالي الطاقة (مثل فوتون الأشعة السينية) باتجاه إلكترون ساكن.

بعد التصادم:

• ينحرف الفوتون بزاوية معينة.
• ينطلق الإلكترون بطاقة حركية.
• الطاقة محفوظة: جزء من طاقة الفوتون يُعطى للإلكترون.

📐 العلاقة الرياضية لظاهرة كومبتن:

معادلة كومبتن:

$$\Delta \lambda = \lambda’ – \lambda = \frac{h}{m_e c}(1 – \cos \theta)$$

حيث:

• $\lambda$: الطول الموجي الأصلي للفوتون.
• $\lambda’$: الطول الموجي بعد التصادم (الأكبر).
• $\Delta \lambda$: فرق الطول الموجي (يسمى تغير كومبتن).
• $h$: ثابت بلانك.
• $m_e$: كتلة الإلكترون.
• $c$: سرعة الضوء.
• $\theta$: زاوية التشتت للفوتون.

📌 ثابت كومبتن للإلكترون:

$$\frac{h}{m_e c} \approx 0.00243 \, \text{nm}$$

🧪 استنتاجات من ظاهرة كومبتن:

1. الفوتون يحمل طاقة وزخمًا (ليس مجرد موجة فقط).
2. الطول الموجي يزداد كلما زادت زاوية التشتت.
3. تأكيد الطبيعة الجسيمية للضوء (تدعم تفسير أينشتاين للضوء كفوتونات).
4. لا تحدث الظاهرة مع الفوتونات ذات الطاقة المنخفضة (مثل الضوء المرئي)، لأن تأثيرها ضعيف جدًا على الإلكترونات.

📸 التطبيقات:

• دراسة تركيب المادة.
• إثبات الطبيعة المزدوجة للضوء (موجة وجسيم).
• تُستخدم في فيزياء الجسيمات والأشعة السينية.

⚖️ مقارنة مع الظاهرة الكهروضوئية:

✅ الخلاصة:

• ظاهرة كومبتن تؤكد أن الفوتونات تحمل زخمًا وطاقة.
• تغير الطول الموجي للفوتون يُفسّر كتصادم مرن بين جسيمين (الفوتون والإلكترون).
• دعمت بشكل قوي ميكانيكا الكم وتفسير الضوء على أنه جسيم (فوتون).