Como o efeito Compton pode ilustrar o comportamento corpuscular das ondas eletromagnéticas?
Passo 1
O enunciado pergunta como o efeito Compton ilustra o comportamento corpuscular da luz. O conteúdo aqui é a dualidade onda-partícula e vamos precisar usar o conceito de fóton (com energia e momento) e as leis de conservação de energia e quantidade de movimento numa colisão.
Passo 2
No modelo clássico de onda de Maxwell, a dispersão de raios X em elétrons livres (espalhamento de Thomson) não prevê variação de comprimento de onda da luz. Experimentos de Compton, porém, mostraram um desvio
que depende do ângulo de espalhamento
, indicando que algo além de um simples campo oscilante estava ocorrendo.
Passo 3
Einstein havia proposto que a luz pode ser vista como fótons com energia
e momento
Num espalhamento de Compton, um fóton colide com um elétron livre inicialmente em repouso e transfere parte de sua energia e momento ao elétron.
Passo 4
Aplicando conservação de energia e de quantidade de movimento vetorialmente ao sistema fóton
elétron, chega-se à fórmula de Compton:
onde
é a massa do elétron e
o ângulo de dispersão do fóton. Essa relação só faz sentido se a luz trocar momento de modo puntual, como partículas.
Passo 5
O fato de o desvio
depender exatamente de
segundo a fórmula acima confirma que o espalhamento se dá por colisões discretas fóton-elétron, o que não é explicável por um modelo puramente ondulatório. Isso ilustra o caráter corpuscular da luz.
Resposta
O efeito Compton demonstra comportamento corpuscular das ondas eletromagnéticas porque o desvio de comprimento de onda só é explicado se a luz for composta de fótons que colidem elasticamente com elétrons, obedecendo conservação de energia e momento como partículas.