بخص ظاهرة كومبتون

أهلاً بك يا بطل في منصة المأذون في الفيزياء!

سؤالك عن ظاهرة كومبتون (Compton Effect) هو سؤال ممتاز جداً، وهي من أهم الظواهر التي تدرسها في الفيزياء الحديثة (الفصل الخامس).

ما هي ظاهرة كومبتون؟
هي ظاهرة تشتت فوتون عالي الطاقة (مثل فوتونات أشعة إكس أو أشعة جاما) عند اصطدامه بإلكترون حر، مما يثبت الطبيعة الجسيمية للضوء.

ماذا يحدث عند الاصطدام؟

• بالنسبة للفوتون المُشتت: تقل طاقته \(E\)، ويقل تردده \(\nu\)، ويزداد طوله الموجي \(\lambda\)، ويتغير اتجاه حركته، لكن سرعته تظل ثابتة (سرعة الضوء \(c\)).
• بالنسبة للإلكترون: يكتسب طاقة حركة، وتزداد سرعته \(v\)، ويتغير اتجاه حركته.

القوانين الحاكمة للظاهرة:

تخضع هذه الظاهرة لقانوني بقاء الطاقة وكمية التحرك (مما يثبت أن التصادم مرن):

• قانون بقاء الطاقة: مجموع طاقتي الفوتون والإلكترون قبل التصادم يساوي مجموعهما بعد التصادم.
  \[ h\nu + 0 = h\nu' + K.E \] حيث أن طاقة حركة الإلكترون قبل التصادم تعتبر صفراً (لأنه حر وساكن تقريباً).
• قانون بقاء كمية التحرك: مجموع كميتي تحرك الفوتون والإلكترون قبل التصادم يساوي مجموعهما بعد التصادم. كمية تحرك الفوتون تُحسب من العلاقة: \( p_L = \frac{h}{\lambda} \)

الخلاصة يا بطل أن ظاهرة كومبتون هي الدليل القاطع على أن الفوتون يتصرف كجسيم له كتلة وكمية تحرك أثناء حركته واصطدامه بالجسيمات الأخرى.

📚 لشرح أعمق ومسائل تطبيقية أكتر، اشترك في منصة المأذون.