Divulgación Efecto Compton

[China]

Buenas,
Quisiera entender por que cuando se explica el efecto fotoeléctrico no se consideran términos relativista y si se hace al explicar el efecto compton. Gracias

[arivasm]

Re: Efecto Compton

La masa de un átomo, incluso la del humilde ¹H, es miles de veces mayor que la de un electrón, cuya masa es de cerca de 511 keV, comparable en orden de magnitud con la energía de los fotones de rayos X, que son los que se suelen estudiar en el efecto Compton

Por otra parte, los casos de interés en el efecto fotoeléctrico suelen ser aquéllos en los que los fotoelectrones tienen energías de unos pocos eV, por lo que no es necesario tomar en consideración un tratamiento relativista.

Imagino que otra cosa bien diferente será estudiar las ionizaciones que producen, por ejemplo, los fotones gamma, cuyas energías tienen un orden de magnitud de MeV, por lo que podrían dar lugar a electrones relativistas.

[China]

Re: Efecto Compton

Hola, entonces es porque la energía de los rayo x del efecto compton es mayor que la energía de la radiación que arranca los electrones en el fotoelectrico?? y supongo que es porque las energías mayores implican mayores velocidades, es decir más cercanas a c, no??

[arivasm]

Re: Efecto Compton

Esencialmente sí, aunque la masa (y las condiciones de ligadura) de la partícula objetivo (electrón en Compton, átomo en una red cristalina en fotoeléctrico) también tienen su papel.

[China]

Re: Efecto Compton

Ah bien!! pero una última cosa, en ambos fenómenos la partícula objetivo no son los electrones??

[arivasm]

Re: Efecto Compton

No. En el efecto Compton las energías de los fotones son tan altas, en comparación con las de ligadura de los electrones, que podemos tratar a éstos como si estuviesen libres (de hecho, en los libros de texto suele plantearse de esa manera, como si se tratase de electrones libres y prácticamente en reposo). En realidad eso es una simplificación pues, por supuesto, los electrones están ligados a átomos.

Compton descubrió este efecto al experimentar con rayos X, los cuales fueron dirigidos contra una de las caras de un bloque de carbón.

En el caso del efecto fotoeléctrico es absolutamente imprescindible tomar en consideración el sistema físico que interactúa con el fotón (lo absorbe), que es el átomo.

En general, los fotones, o cuantos de energía electromagnética, interactúan con los sistemas de cargas, no con una de las cargas de un sistema. Pero esto no es exclusivo de la teoría cuántica. Sucede lo mismo cuando una onda electromagnética incide sobre un sistema de cargas: no afecta a una sola y las demás permanecen inalteradas; todo el sistema es perturbado por la onda.

Por desgracia, con mucha frecuencia esta cuestión es omitida en las clases de Física y Química y así, por ejemplo, al hablar de los "niveles energéticos de los electrones atómicos" no se subraya que* se trata de una manera de "desglosar" la energía del átomo, que es el que en realidad tiene niveles energéticos. En otras palabras, los niveles energéticos corresponden a los sistemas físicos, no a sus partes.

*salvo el H donde, por razones obvias, los niveles electrónicos son lo mismo que los niveles energéticos del átomos.

[surrealfrog]

Re: Efecto Compton

Pero por ejemplo, el tiempo de emisión de un electrón en el efecto fotoeléctrico es del orden de 1 ns, lo cual únicamente puede ser explicado mediante la mecánica cuántica relativista.

[arivasm]

Re: Efecto Compton

Francamente desconozco ese aspecto que señalas. No obstante encaja en algo habitual en Física: dependiendo del grado de finura que reclamemos de un modelo a la hora de explicar fenómenos experimentales más complejo ha de ser. Por supuesto, el modelo no relativista para el efecto fotoeléctrico no deja de ser una aproximación, que proporciona buenas respuestas para un conjunto de observaciones. Pero no es de extrañar que haya otras para las que es insuficiente.