위키득계정 ↗
과학

컴프턴 효과

컴프턴 효과과학
영어
Compton effect
기본 모형
정지한 자유전자와 광자의 산란
파장 변화
Δλ=h/(m_ec)×(1−cosθ)
θ의 의미
입사광과 산란광 진행 방향 사이 각도
컴프턴 효과는 광자가 전자와 에너지와 운동량을 주고받으며 산란되어 파장이 달라지는 현상이다. 처음 정지한 자유전자와의 산란에서는 광자가 에너지를 잃고 파장이 길어지며, 그 변화량은 산란각으로 결정된다.

에너지와 운동량 교환

광자는 정지질량이 0이지만 운동량 p=h/λ를 갖는다. 전자와 충돌하면 두 입자의 총 에너지와 운동량이 보존된다. 처음 정지한 전자가 반동하며 운동에너지를 얻으면 산란광은 그만큼 에너지를 잃고 파장이 길어진다.

산란각에 따른 변화

θ=0이면 기본 식의 파장 변화는 0이다. θ=90°이면 전자의 컴프턴 파장 h/(m_ec) 약 2.43 pm만큼 길어진다. θ=180°에서는 변화가 최대인 약 4.86 pm다. 이 각도는 전자의 반동각과 구별해야 한다.

광전 효과와 차이

광전 효과에서는 광자가 흡수되고 전자가 물질 밖으로 방출되는 과정을 다룬다. 컴프턴 산란에서는 에너지가 달라진 광자가 산란 후에도 남는다. 두 현상 모두 광자의 에너지 교환을 설명하지만 관측하는 결과와 기본 모형이 다르다.

적용 조건

위 식은 처음 정지한 자유전자에 대한 결과다. 물질 속 결합이 약한 전자에는 근사적으로 적용할 수 있지만 모든 결합 상태와 움직이는 전자에 그대로 적용할 수는 없다. 전자가 미리 큰 에너지를 갖고 있으면 광자가 오히려 에너지를 얻는 역컴프턴 산란도 가능하다.

관련 문서

광전 효과 / 전자 / 운동량 / 에너지 / 파장 / 전자기파 / 양자역학 / 특수 상대성 이론