Διπλή φύση ύλης και ακτινοβολίας

Η ακτινοβολία του φωτός δείχνει μια διπλή φύση που είναι το κύμα και το σωματίδιο. Φαινόμενα όπως η περίθλαση, η παρεμβολή και η πόλωση μπορούν να εξηγηθούν με βάση την κυματική φύση του φωτός, ενώ φαινόμενα όπως το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, το φαινόμενο Compton κ.λπ. μπορούν να εξηγηθούν μόνο με όρους κβαντικής θεωρίας του φωτός. (Η κβαντική θεωρία του φωτός δηλώνει ότι το φως είναι μια σύνθεση από μικρά πακέτα γνωστά ως φωτόνια και έχουν ιδιότητες που μοιάζουν με κύμα).

Διπλή φύση ακτινοβολίας και ύλης

Τα υλικά σωματίδια όταν βρίσκονται σε κίνηση εμφανίζουν κυματικές ιδιότητες, αυτή η θεωρία δόθηκε από το ντεμπρόλι και τη διπλή φύση της ύλης. Το σκεπτικό του βασίστηκε σε δύο γεγονότα:

1. Μάζα σε ενέργεια είναι τα δύο φυσικά μεγέθη που έχουν όλες τις φυσικές μορφές του σύμπαντος. Η σχέση μάζας ενέργειας του Αϊνστάιν δείχνει ότι η ύλη (μάζα) και η ενέργεια (ακτινοβολία) έχουν ισορροπημένη αναλογία, δηλαδή E=mc2.
2. Επειδή, η ακτινοβολία έχει διπλή φύση, επομένως, σύμφωνα με τις σχέσεις μάζας ενέργειας πρέπει επίσης να έχει διπλή φύση. Τα σωματίδια όπως το ηλεκτρόνιο, το πρωτόνιο και το νετρόνιο δεν θα πρέπει να συμπεριφέρονται μόνο σαν σημεία μάσκας, αλλά θα πρέπει επίσης να έχουν κυματική φύση όταν βρίσκονται σε κίνηση.

de- εξίσωση κύματος Broglie

Ας θεωρήσουμε ένα φωτόνιο ως ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα συχνότητας(ѵ) οπότε η ενέργειά του από την κβαντική θεωρία του Planck δίνεται από:- E=hѵ…1

h- Η σταθερά του Planck

Το κατασκευαστικό φωτόνιο ως σωματίδιο μάζας m, τότε η ενέργεια που σχετίζεται με αυτό το σωματίδιο δίνεται από τη σχέση ενέργειας μάζας του Αϊνστάιν,

Συμπέρασμα της εξίσωσης de-broglie

• Το μήκος κύματος ενός κινούμενου σωματιδίου είναι αντιστρόφως ανάλογο της ορμής του.

λ ∝ 1/σελ.

• Αν v=0 τότε λ=∞ Τα κύματα συνδέονται με ένα υλικό σωματίδιο όταν βρίσκονται σε κίνηση.
• Για να είναι μέρος του κύματος debroglie ένα σωματίδιο πρέπει να έχει φορτίο. Γι' αυτό το κύμα de Broglie ή γνωστό και ως κύματα ύλης.
• Τα κύματα του μπρόκολου δεν μπορούν ποτέ να είναι ηλεκτρομαγνητικά στη φύση τους, καθώς τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα συνδέονται μόνο με επιταχυνόμενα φορτισμένα σωματίδια

de- Broglie μήκος κύματος ενός ηλεκτρονίου

Ας θεωρήσουμε ένα ηλεκτρόνιο μάζας m και φορτίο e.

v = τελική ταχύτητα που επιτυγχάνεται από το ηλεκτρόνιο όταν επιταχύνεται από την ηρεμία μέσω διαφοράς δυναμικού V βολτ

κινητική ενέργεια =  εργασία που γίνεται στο ηλεκτρόνιο με ηλεκτρικό πεδίο

Συμπέρασμα 

Μάθαμε ότι κάθε μορφή φυσικού σύμπαντος είναι ένας συνδυασμός δύο φυσικών μεγεθών που είναι η μάζα και η ενέργεια. Όπως μπορούμε να δούμε στη σχέση μάζας ενέργειας του Αϊνστάιν E =mc2. Δηλώνει την αμοιβαία συμμετρία μεταξύ ύλης (μάζας) και ακτινοβολίας (ενέργεια). Τα κύματα που σχετίζονται με τα σωματίδια της ύλης σε κίνηση ονομάζονται κύματα debroglie και το μήκος κύματος τους ονομάζεται μήκος κύματος de Broglie. Το μήκος κύματος που σχετίζεται με ένα κινούμενο σωματίδιο σχετίζεται με την ορμή του. Η εξίσωση de-broglie δείχνει τον δυισμό της ύλης, δηλαδή περιέχει κύματα και σωματίδια. Το μήκος κύματος de-broglie είναι ανεξάρτητο από το φορτίο και τη φύση του υλικού σωματιδίου. Μετρά σημαντικά μόνο στην περίπτωση υποατομικών σωματιδίων όπως ηλεκτρόνια, πρωτόνια κλπ επειδή οι μάζες τους είναι πολύ μικρές. Ωστόσο, είναι πράγματι πολύ μικρό, πολύ πέρα ​​από τη μέτρηση. Το μήκος κύματος του κύματος της ύλης δόθηκε από το λ=h/p.

de – broglie  μήκος κύματος λ=h/p=h/mv

de – broglie μήκος κύματος ενός ηλεκτρονίου λ=h/√2meV

K.E =1/2mv2 =p/2m, ορμή p=√2mK

Χρησιμοποιούμενες μονάδες – Το μήκος κύματος λ είναι σε μέτρα, η ταχύτητα v σε ms-1,   η ορμή p σε kg ms-1, η διαφορά δυναμικού V σε βολτ.