ΟΜΙΛΟΣ «ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΚΑΙ ΛΟΓΟΤΕΧΝΙΑ» ΟΜΙΛΟΣ «ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΚΑΙ ΛΟΓΟΤΕΧΝΙΑ» LOGICOMIX 2012-13 2o ΠΡΟΤΥΠΟ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΓΕΛ ΑΘΗΝΩΝ

Βραβεία Νόμπελ Φυσικής κατά τη Διάρκεια του Μεσοπολέμου Αλληλεπίδραση ύλης με ακτινοβολία Εμμανουέλλα Σωτήρχου Γεωργία Κόντη Max Planck Albert Einstein James Franck Gustav Hertz Μαθηματικά και Λογοτεχνία 2012-2013 Jean Perrin Clinton Davisson George Thomson Charles Rees Wilson Arthur Compton Υπεύθυνος Καθηγητής: κος Κατέρης Αλέξανδρος

Max Planck Max Karl Ernst Ludwig Planck Γερμανός Φυσικός Γεννήθηκε στις 23 Απριλίου 1858 (Κίελο, Γερμανία) Πέθανε στις 4 Οκτωβρίου 1947 (Γκέτινγκεν, Γερμανία)

Königliches Maximilians gymnasium, Μόναχο Ο Planck είχε εξαιρετικό ταλέντο στη μουσική και θα μπορούσε να σταδιοδρομήσει ως μουσικός Επέλεξε όμως να σπουδάσει φυσική, ενώ στη συνέχεια επικεντρώθηκε στη Θεωρητική Φυσική

Σπούδασε φυσική στο Πανεπιστήμιο του Μονάχου Το 1877 μελέτησε στο Πανεπιστήμιο του Βερολίνου, με τους διάσημους φυσικούς Helmholtz και Kirchhoff και τον μαθηματικό Weierstrass Μελέτησε το έργο του Rudolf Clausius , κάτι που τον ώθησε να ασχοληθεί με τη θεωρία της θερμότητας Το 1879 υπέβαλε τη διδακτορική του διατριβή ‘Επί του δεύτερου θεμελιώδους θεωρήματος της μηχανικής θεωρίας της θερμότητας’ Έπειτα δίδαξε Μαθηματικά και Φυσική στο παλιό του γυμνάσιο στο Μόναχο Το 1889 χρίστηκε διάδοχος του Kirchhoff στο Πανεπιστήμιο του Βερολίνου, και το 1892 έγινε τακτικός καθηγητής «Εκείνες τις ημέρες ήμουν ουσιαστικώς ο μοναδικός θεωρητικός φυσικός εκεί, γεγονός που με δυσκόλεψε κάπως, αφού όταν άρχισα να αναφέρω την εντροπία ήμουν εκτός κλίματος, καθώς την θεωρούσαν ως ένα μαθηματικό φάντασμα (χωρίς φυσικό νόημα)»

Το 1907 προτάθηκε στον Planck η θέση του Boltzmann στο Πανεπιστήμιο της Βιέννης, αλλά απέρριψε την προσφορά προκειμένου να παραμείνει στο Βερολίνο. Το 1909 δίδαξε ως επισκέπτης καθηγητής της Θεωρητικής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο Κολούμπια της Νέας Υόρκης. Συνταξιοδοτήθηκε από το Πανεπιστήμιο του Βερολίνου στις 10 Ιανουαρίου 1926. Τη θέση του κατέλαβε ο Erwin Schrödinger. Erwin Schrödinger Ασχολήθηκε κυρίως με την Κβαντική Φυσική, ανακαλύπτοντας την κυματική εξίσωση. Τιμήθηκε το 1933 μαζί με τον Paul Dirac με το βραβείο Νόμπελ Φυσικής για τις εργασίες του πάνω στην ατομική θεωρία.

Τιμητικές Διακρίσεις "Pour le Mérite" για την Επιστήμη και τις Τέχνες 1915 * Βραβείο Nobel Φυσικής 1918 (δόθηκε το 1919) * Μετάλλιο Lorentz 1927 * Adlerschild des Deutschen Reiches (1928) * Μετάλλιο Max Planck το 1928 (μαζί με τον Αϊνστάιν) * Ανακήρυξη σε επίτιμο διδάκτορα από τα πανεπιστήμια: Φραγκφούρτης, Μονάχου, Ρόστοκ, Βερολίνου, Γκρατς, Αθηνών, Κέμπριτζ, Λονδίνου και Γλασκώβης Ονομάσθηκαν προς τιμή του * Η σταθερά του Planck, η θεμελιώδης σταθερά της Κβαντικής Φυσικής * Ο Νόμος του Planck για την ακτινοβολία μέλανος σώματος * Οι «μονάδες Planck», όπως: το μήκος Planck, ο χρόνος Planck, η θερμοκρασία Planck, η Εποχή Planck, κλπ. * Ο αστεροειδής 1069 Planckia * Ο μεγάλος κρατήρας Planck στην αόρατη πλευρά της Σελήνης

Οι αεροπορικοί βομβαρδισμοί του Βερολίνου υποχρέωσαν τον Planck και τη σύζυγό του να αναζητήσουν καταφύγιο στην εξοχή Το 1942 ο Planck έγραψε: «Μέσα μου ένας έντονος πόθος έχει μεγαλώσει, να αντέξω αυτή την κρίσιμη εποχή και να ζήσω αρκετά ώστε να μπορέσω να δω το σημείο επιστροφής, την αρχή μιας νέας ανόδου.» Τον Φεβρουάριο 1944 το σπίτι του στο Βερολίνο καταστράφηκε εντελώς από μία αεροπορική επιδρομή, μαζί και το σύνολο του επιστημονικού του αρχείου και επιστημονικής αλληλογραφίας. Μετά το τέλος του πολέμου, φιλοξενήθηκε από ένα συγγενή στην πόλη Γκέτινγκεν. Το 1946 ταξίδεψε στο Λονδίνο με αφορμή τα 300 χρόνια από τη γέννηση του Newton, και ήταν ο μόνος Γερμανός που είχε προσκληθεί.

ΜΕΛΑΝ ΣΩΜΑ Απορροφάται όλη η προσπίπτουσα ακτινοβολία Το 1860 ο Kirchhoff, είχε ορίσει ως μέλαν σώμα τον τέλειο εκπομπέα και απορροφητή ακτινοβολίας. ΜΕΛΑΝ ΣΩΜΑ Εκπέμπεται όλο το δυνατό ποσό ενέργειας Καθώς η θερμοκρασία μειώνεται, η κορυφή της καμπύλης της ακτινοβολίας του μαύρου σώματος κινείται σε χαμηλότερες εντάσεις και μεγαλύτερα μήκη κύματος

John Strutt, 3rd Baron Rayleigh Ποια η σχέση που συνδέει την ένταση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που εκπέμπει ένα μέλαν σώμα με τη συχνότητα της ακτινοβολίας του; Μέχρι περίπου το 1900 επικρατούσαν οι νόμοι των: John Strutt, 3rd Baron Rayleigh Sir James Jeans Wilhelm Wien Οι νόμοι αυτοί όμως, δεν εξηγούσαν την συμπεριφορά του μέλανος σώματος στο φάσμα της ακτινοβολίας σε όλες τις συχνότητες

Το 1900, ο Planck έστρεψε την προσοχή του στο πρόβλημα της ακτινοβολίας μέλανος σώματος Συγκεκριμένα, ασχολήθηκε με παρατηρήσεις της ακτινοβολίας των θερμών υλικών Με βάση πειραματικά δεδομένα ανέπτυξε νέο τύπο, ο οποίος προέβλεπε με ακρίβεια τη συμπεριφορά του μέλανος σώματος σε υψηλές αλλά και σε χαμηλές συχνότητες

Δηλαδή, η ενέργεια δεν αποδίδεται με συνέχεια (Κβαντική Θεωρία) Κατά τη διατύπωση αυτού του τύπου, ο Planck διαπίστωσε ότι η ενέργεια πάντα εκλύεται ή απορροφάται σε διακριτές τιμές, τα κβάντα Δηλαδή, η ενέργεια δεν αποδίδεται με συνέχεια (Κβαντική Θεωρία) Κύματα συγκεκριμένη συχνότητα συγκεκριμένη ποσότητα ενέργειας Ε Άτομο Φωτόνια Έτσι, διατύπωσε το νόμο της θερμικής ακτινοβολίας των μελανών σωμάτων: Η ενέργεια κάθε κβάντου είναι ίση με τη συχνότητα της ακτινοβολίας f πολλαπλασιαζόμενη με τη σταθερά του Πλανκ. Ε=hf Όπου h είναι μια σταθερά, που ονομάζεται σταθερά του Planck, και έχει τιμή h=6,6310-34 J s

Κβαντικη Θεωρια Κλασσικη Φυσικη VS Με τη θεμελίωση της Κβαντικής Θεωρίας του Planck, ανατράπηκε η κλασσική φυσική Η ανακάλυψη των κβάντων, ερχόταν σε αντίθεση με τις συμβατικές ιδέες σχετικά με τη φύση της ακτινοβολίας και της ενέργειας Ο Planck προσπαθούσε για πολλά χρόνια να συλλάβει το αληθινό νόημα των κβάντων με κλασικούς όρους σκέψεως Ο Planck γνώριζε καλά ότι η σταθερά του είχε μία ακριβή μη μηδενική τιμή, άρα η κβαντική του θεωρία ήταν αδύνατο να συμβαδίσει με την κλασσική θεωρία Μεγάλοι φυσικοί όπως οι Rayleigh, Jeans, και Lorentz έθεταν τη σταθερά του Planck h = 0 προκειμένου να ευθυγραμμισθούν με την Κλασική Φυσική Ο Planck πάντως τελικά είχε δίκιο στην παλαιότερη διαπίστωσή του ότι: «Μία νέα αλήθεια στην Επιστήμη δεν επιβάλλεται επειδή οι εχθροί της πείσθηκαν και εξέφρασαν την αλλαγή της γνώμης τους, αλλά κυρίως επειδή οι εχθροί της σιγά-σιγά πεθαίνουν και η νεότερη γενιά διδάσκεται τη νέα αλήθεια από την αρχή.»

Albert Einstein Φυσικός Γερμανοεβραϊκής καταγωγής Γεννήθηκε στις 14 Μαρτίου του 1879 Πέθανε στις 18 Απριλίου το 1955

Δεν αυξάνεται η ενέργεια Γιατί η αύξηση της έντασης της ακτινοβολίας δεν έχει καμία επίδραση στην ενέργεια των ηλεκτρονίων; (φωτοηλεκτρικό φαινόμενο) Το 1902 έγιναν οι πρώτες ποσοτικές μετρήσεις σχετικά με το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο Σύμφωνα με τις οποίες: Αύξηση της συχνότητας Δόνηση ηλεκτρονίων Αύξηση ενέργειας Αύξηση της έντασης Δεν αυξάνεται η ενέργεια Δηλαδή παρ’ όλο που η αύξηση της έντασης της ακτινοβολίας προκαλεί αύξηση του αριθμού των ηλεκτρονίων που εκπέμπονται, η ενέργεια που αυτά μεταφέρουν δεν μεταβάλλεται

Έτσι, ο Einstein συμπέρανε ότι η αύξηση της έντασης ακτινοβολίας σε μία περιοχή της μεταλλικής επιφάνειας δεν είχε καμία επίδραση στην ενέργεια των ηλεκτρονίων επειδή κάθε ηλεκτρόνιο διώχνεται από ένα και μόνο πακέτο ενέργειας. Αντίθετα η αύξηση της συχνότητας, συνεπάγεται πως η κάθε δέσμη ακτινοβολίας προκαλεί μεγαλύτερο χτύπημα στη μεταλλική επιφάνεια και έτσι αυξάνεται η ενέργεια των ηλεκτρονίων

Ο Einstein, στηριζόμενος στην Κβαντική Θεωρία του Planck, προσπάθησε να ερμηνεύσει το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο Δέσμη ακτινοβολίας που προσπίπτει σε μία μεταλλική επιφάνεια Σύγκρουση δέσμης με ένα ηλεκτρόνιο της επιφάνειας Το ηλεκτρόνιο λαμβάνει ενέργεια από τη δέσμη η οποία χρησιμοποιείται: Για να διασπαστεί η δύναμη έλξης μεταξύ ηλεκτρονίου και μεταλλικής επιφάνειας, με στόχο να ελευθερωθεί το ηλεκτρόνιο (Work function (W)) 2. Για να αποκτήσει το ηλεκτρόνιο κινητική ενέργεια (Κ) Δηλαδή, E= W + K

Η ενέργεια είναι συνεχής Ο Einstein ήταν ο πρώτος που κατάλαβε την σημασία της Κβαντικής θεωρίας του Planck και προσπάθησε να την εφαρμόσει Ο Einstein σε αντίθεση με τον Planck, δεν προσπάθησε να συμβαδίσει με τις αρχές της Κλασσικής Θεωρίας Με τη βοήθεια της Κβαντικής θεωρίας του Planck, τα συμπεράσματα στα οποία κατέληξε ο Einstein, οδήγησαν στην κατάρριψη των εξής θεωριών της Κλασσικής Φυσικής: α Η ενέργεια είναι συνεχής Η ύλη αποτελείται μόνο από σωματίδια και το φως μόνο από κύματα, άρα η ύλη και το φως δεν μπερδεύονται

James Franck Γεννήθηκε στις 26 Αυγούστου του 1882 σε μια εβραϊκή οικογένεια, στο Αμβούργο της Γερμανίας Πέθανε στις 21 Μαΐου του 1964 (81 ετών), στο Γκέτινγκεν της Γερμανίας

ΣΠΟΥΔΕΣ Σπούδασε χημεία στο Πανεπιστήμιο της Χαϊδελβέργης Σπούδασε Φυσική στο Πανεπιστήμιο του Βερολίνου Έλαβε το διδακτορικό του το 1906 Έλαβε το venia legendi (Habilitation) το 1911 Κατά τη διάρκεια του Α’ Παγκοσμίου πολέμου υπηρέτησε στο Γερμανικό στρατό Του απονεμήθηκε το παράσημο του Σιδηρού Σταυρού Α’ Κατηγορίας Το 1920 διορίστηκε καθηγητής Πειραματικής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Γκέτινγκεν

Το 1933 το ναζιστικό καθεστώς της Γερμανίας επέβαλλε φυλετικούς νόμους Ο Franck, παρ’ όλο που εξαιρέθηκε παραιτήθηκε από τη θέση του στο Γκέτινγκεν ως ένδειξη διαμαρτυρίας Πέρασε ένα χρόνο στη Κοπεγχάγη της Δανίας Το 1935 μετανάστευσε στην Αμερική Αρχικά διορίστηκε στο Πανεπιστήμιο Johns Hopkins, της Βαλτιμόρης Στη συνέχεια έγινε καθηγητής Φυσικοχημείας στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο

Εντάχθηκε στο Manhattan Project Συνεργάστηκε για την ανάπτυξη της ατομικής βόμβας με πολλούς επιστήμονες όπως: Robert Oppenheimer, Edward Teller, Henrico Fermi Rudolf Peierls, Felix Bloch, David Bohme, Otto Frisch, James Chadwick, Emilio Segre, Eugene Wigner, Leo Szilard, Klaus Fuchs Ο Franck μαζί με τον Leo Szilard αλλά και άλλους διακεκριμένους επιστήμονες έστειλαν τον Ιούνιο του 1945 μια αναφορά που αντιτιθόταν στην χρήση της ατομικής βόμβας, γνωστή ως Franck report. Ωστόσο η συμβουλή των επιστημόνων αγνοήθηκε από τον Harry S. Truman, και έτσι η βόμβα έπεσε στην Ιαπωνία (Χιροσίμα- Ναγκασάκι) Harry S. Truman

Τιμητικές διακρίσεις και βραβεία 1925 Βραβείο Νόμπελ Φυσικής, το μοιράστηκε με τον Gustav Hertz για την ανακάλυψη των νόμων που διέπουν τις επιπτώσεις των ηλεκτρονίων σε άτομα. 1951 Μετάλλιο Max Planck 1953 Επίτιμος πολίτης του Göttingen 1955 Μετάλλιο Rumford της Αμερικανικής Ακαδημίας Τεχνών και Επιστημών - Για το έργο του σχετικά με τη φωτοσύνθεση. 1964 Εξελέγη ως Ξένο Μέλος της Βασιλικής Εταιρείας του Λονδίνου, για τη συμβολή του στην κατανόηση των ανταλλαγών ενέργειας σε συγκρούσεις ηλεκτρονίων, με την ερμηνεία των μοριακών φασμάτων, καθώς και στα προβλήματα της φωτοσύνθεσης

Gustav Hertz Γεννήθηκε στο Αμβούργο της Γερμανίας στις 22 Ιούλη του 1887 Πέθανε στις 30 Οκτωβρίου του 1975

ΣΠΟΥΔΕΣ Σπούδασε: Εκπαιδεύτηκε στο Gelehrtenschule des Johanneums Στο Georg-August Πανεπιστήμιο του Göttingen (1906 - 1907) Στο Πανεπιστήμιο του Μονάχου (1907 - 1908), Στο Πανεπιστήμιο Χούμπολτ Βερολίνου (1908 - 1911) όπου πήρε το διδακτορικό του δίπλωμα το 1911 υπό τον Χάινριχ Ρούμπενς Το 1925 έγινε καθηγητής στο Ινστιτούτο Φυσικής του Πανεπιστημίου HalleWittenberg. Το 1928 έγινε καθηγητής της πειραματικής φυσικής και διευθυντής του Ινστιτούτου Φυσικής του Ινστιτούτου Τεχνολογίας του Βερολίνου.

Πείραμα Franck-Hertz Την κάθοδο (θερμή) η οποία εκπέμπει ηλεκτρόνια Το πείραμα περιελάμβανε ένα σωλήνα που περιέχει αέριο υδραργύρου χαμηλής πίεσης εφοδιασμένο με τρία ηλεκτρόδια: Την κάθοδο (θερμή) η οποία εκπέμπει ηλεκτρόνια Ένα πλέγμα που επιταχύνει τα ηλεκτρόνια Την άνοδο, η οποία βρίσκεται σε ελαφρά αρνητικό ηλεκτρικό δυναμικό σε σχέση με το πλέγμα (αν και θετική σε σχέση με την κάθοδο) Έτσι ώστε τα ηλεκτρόνια να έχουν απαραίτητα το ποσό της κινητικής ενέργειας που απαιτείται για να φθάσουν στην άνοδο αφού περάσουν το πλέγμα

Στα 4,9 volt το ρεύμα πέφτει απότομα. http://phys.educ.ksu.edu/vqm/free/FranckHertz.html Το ρεύμα αυξάνεται σταθερά και πάλι καθώς η τάση αυξάνεται περαιτέρω, μέχρι τα 9.8 volt Στο 9,8 volt παρατηρείται μια παρόμοια απότομη πτώση του ρεύματος   

Γιατί συμβαίνει η απότομη πτώση του ρεύματος? Μέχρι τα 4,9 volt τα ηλεκτρόνια που περνούν μέσα από το πλέγμα υπόκεινται σε ελαστικές κρούσεις με τα άτομα υδρογόνου και φθάνουν μέχρι την άνοδο Στα 4,9 volt όμως, το ρεύμα πέφτει απότομα. Αυτό οφείλεται στο ότι οι συγκρούσεις μετατρέπονται σε ανελαστικές (επειδή τα άτομα του υδραργύρου διεγείρονται) Όταν η διαφορά δυναμικού φθάνει πάνω από τα 4,9 volt οι κρούσεις ξαναγίνονται ελαστικές και τα ηλεκτρόνια φθάνουν μέχρι την άνοδο Στα 9,8 volt καθώς και στα 14,7volt όμως, που είναι πολλαπλάσια του 4,9 η απότομη πτώση του ρεύματος παρατηρείται και πάλι

σημασια του Πειραματοσ Συμπερασματα σημασια του Πειραματοσ 1. Τα ηλεκτρόνια σε ατμό υδραργύρου υπόκεινται σε ελαστικές συγκρούσεις με το μόριο μέχρι μία ορισμένη κρίσιμη ταχύτητα. 2. Έχουμε περιγράψει μια διαδικασία για την μέτρηση αυτής της κρίσιμης ταχύτητας με ακρίβεια μέχρι ένα δέκατο του volt.. Είναι ίση με την ταχύτητα αποκτάται από ένα ηλεκτρόνιο που πέφτει μέσα από μια διαφορά δυναμικού 4,9 volt. 3. Έχουμε δείξει ότι η ενέργεια της δέσμης 4,9 volt. ηλεκτρονίων είναι ακριβώς ίση με το κβάντο ενέργειας που συνδέεται με τη γραμμή συντονισμού του υδραργύρου 253,5 nm 4. Επίσης φαίνεται πως το δυναμικό διέγερσης του υδραργύρου είναι 4,9 volt.. Το πείραμα Franck-Hertz απέδειξε πως το ατομικό μοντέλο του Bohr με τα ηλεκτρόνια να βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τον πυρήνα με συγκεκριμένα, διακριτά, κβαντισμένα επίπεδα ενέργειας των ατόμων ήταν σωστό . Το 1925, βραβεύτηκαν για το πείραμα αυτό με το βραβείο Νόμπελ Φυσικής.

Jean Baptiste Perrin Γάλλος φυσικός Γεννήθηκε στις 30 Σεπτεμβρίου του 1870 στη Lille της Γαλλίας Πέθανε στις 17 Απριλίου του 1942 στη Νέα Υόρκη

Εκπαιδεύτηκε στο École normale supérieure Το 1897 έγινε λέκτορας φυσικοχημείας στη Σορβόννη Το 1910 έγινε καθηγητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Παρισιού Μετά τη γερμανική κατοχή στη Γαλλία κατέφυγε στη Νέα Υόρκη

Η έρευνα του Perrin, εστιάστηκε στα κολλοειδή διαλύματα Χρησιμοποίησε το καινούριο Ultramicroscope Το πρόθεμα Ultra αναφέρεται στη δυνατότητα του, να βλέπει στο ultraviolent (υπεριώδες) Το μικροσκόπιο φωτός δεν μπορούσε να προβάλει σωματίδιο με διάμετρο κάτω από το μήκος κύματος του φωτός Το ultramicroscope όμως που βασίζεται στη σκέδαση και όχι στην ανάκλαση του φωτός, έφτανε και σε μικρότερα μήκη κύματος, στο υπεριώδες Παρατηρώντας τον τρόπο καθίζησης των κολλοειδών διαλυμάτων επιβεβαίωσε πειραματικά τις μαθηματικές εξισώσεις(υπόθεση) του Einstein για την κίνηση Brown

Σύμφωνα με την μαθηματική ανάλυση του Einstein: Κίνηση Brown Ο πρώτος που αντιλήφθητε το φαινόμενο ήταν ο Βρετανός βοτανολόγος Robert Brown Τα μικροσκοπικά στερεά σωματίδια που περιέχονται σε ένα υγρό ή αέριο εκτελούν τυχαίες κινήσεις λόγω των συγκρούσεων τους με τα μόρια του υγρού λη του αερίου Σύμφωνα με την μαθηματική ανάλυση του Einstein: Η τυχαία κίνηση των σωματιδίων που βυθίζονται στο νερό , οφείλεται στο ότι τα τυχαίως κινούμενα μόρια του νερού συγκρούονται με τα σωματίδια και τα <<σπρώχνουν>>

Ατομική Θεωρία του Dalton Σημασία- Αποτελέσματα Αποδείχτηκε η ύπαρξη των ατόμων Επαληθεύτηκε η ατομική θεωρία του Dalton Το ατομικό μοντέλο μετατράπηκε σε επικρατούσα θεωρία Τιμήθηκε με το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 1926 για την εργασία του επί της ασυνεχούς δομής της ύλης Ατομική Θεωρία του Dalton 1. Κάθε στοιχείο αποτελείται από πολύ μικρά σωματίδια, τα άτομα 2.Όλα τα άτομα ενός στοιχείου είναι όμοια μεταξύ τους 3.Τα άτομα ενός στοιχείου δεν μετατρέπονται σε άλλα άτομα, δεν καταστρέφονται δεν δημιουργούνται κατά τα χημικά φαινόμενα 4.Όταν διαφορετικά άτομα ενώνονται μεταξύ τους, σχηματίζουν χημικές ενώσεις 5. Σε κάθε χημική ένωση, το είδος των ατόμων και η μεταξύ τους αναλογία είναι σταθερή

Clinton Joseph Davisson Γερμανός Φυσικός Γεννήθηκε στις 22 Οκτωβρίου του 1881 στο Bloomington, Illinois Πέθανε στις 1 Φεβρουαρίου του 1958

ΣΠΟΥΔΕΣ Αποφοίτησε ρο 1902 από το Λύκειο του Bloomington Φοίτησε με υποτροφία στο Πανεπιστήμιο του Σικάγου Το 1908 πήρε το πτυχίο του από το Πανεπιστήμιο του Σικάγο Ολοκλήρωσε την διδακτορική του διατριβή το 1911 στο Princeton όπου και δίδαξε φυσική

λ=hp Η υπόθεση De Broglie George Paget Thomson Clinton Joseph Davisson Ο Louis de Broglie εξέφρασε την υπόθεση πως η ύλη συμπεριφέρεται άλλες φορές σαν σωματίδιο και άλλες φορές σαν κύμα Συγκεκριμένα, πρότεινε ότι υπάρχει ένα κύμα που σχετίζεται με κάθε κινούμενο ηλεκτρόνιο το μήκος κύματος του οποίου είναι: λ=hp Όπου h η σταθερά του Planck και p η ορμή του ηλεκτρονίου Η υπόθεση του de Broglie επιβεβαιώθηκε πειραματικά το 1926-1927 George Paget Thomson Clinton Joseph Davisson

George Paget Thomson Άγγλος φυσικός Γεννήθηκε στις 30 Μαΐου του 1892 στο Cambridge της Αγγλίας Πέθανε στις 10 Σεπτεμβρίου του 1975

Το πείραμα των Davisson και Germer Στόχος τους ήταν να μετρήσουν την ενέργεια των ηλεκτρονίων που αναπηδούν σε διαφορετικές γωνίες μετά την σύγκρουση τους με την μεταλλική επιφάνεια Κατά τη διάρκεια του πειράματος όμως, υπήρξε ατύχημα και η πλάκα νικελίου οξειδώθηκε Για να καθαριστεί την θέρμαναν και έπειτα την ξαναχρησιμοποίησαν

Αυτή τη φορά όμως τα αποτελέσματα ήταν εντελώς διαφορετικά Αιτία: Θερμαίνοντας την πλάκα την μετέτρεψαν σε μονοκρύσταλλο Τώρα τα ηλεκτρόνια εκπέμπονταν προς όλες τις κατευθύνσεις, όμως σε ορισμένες γωνίες η εκπομπή ήταν μεγαλύτερη Αν τα ηλεκτρόνια είχαν διττή φύση όπως το φως θα έπρεπε να υφίστανται διάθλαση και πράγματι οι Davisson και Germer παρατήρησαν την διάθλαση των ηλεκτρονίων Έτσι η τυχαία αυτή ανακάλυψη ήταν η πρώτη πειραματική απόδειξη της υπόθεσης του Broglie, σύμφωνα με την οποία τα ηλεκτρόνια παρουσιάζουν και κυματική συμπεριφορά.

Το πείραμα του George Paget Thomson Παράλληλα με τον Davisson, ο Thomson διεξήγαγε ένα διαφορετικό πείραμα με το οποίο επίσης απέδειξε την κυματική συμπεριφορά του ηλεκτρονίου. Συγκεκριμένα ο Thomson βομβάρδισε λεπτά φύλλα χρυσού με δέσμη ηλεκτρονίων που είχε πολύ μεγάλη ταχύτητα. Παρατήρησε, πως όταν τα ηλεκτρόνια περνούν μέσα από τα φύλλα χρυσού υφίστανται διάθλαση. Έτσι χωρίς να γνωρίζει το πείραμα του Germer ο Thomson κατέληξε στο ίδιο συμπέρασμα με εκείνον

Σημασια- Αποτελεσματα Και οι δύο επιστήμονες παρατήρησαν πως τα ηλεκτρόνια έχουν διττή φύση, δηλαδή άλλες φορές συμπεριφέρονται ως κύματα και άλλες ως σωματίδια. Σε καμία περίπτωση όμως τα ηλεκτρόνια δεν παρουσίαζαν και τις δύο φύσεις συγχρόνως Η ανακάλυψη ότι τα στοιχειώδη σωματίδια συμπεριφέρονται σαν κύματα, επιβεβαιώνει την αρχή της κβαντικής μηχανικής Το 1937 ο Davisson και ο Thomson μοιράστηκαν το βραβείο Νόμπελ Φυσικής για την πειραματική επιβεβαίωση της διάθλασης των ηλεκτρονίων.

Charles Thomson Rees Wilson Φυσικός και μετεωρολόγος Ο Wilson γεννήθηκε στις 14 February 1869 στο Glencorse της Σκοτίας Πέθανε στις 15 November 1959

Θάλαμος Νέφωσης - Cloud Chamber Μετά τις σπουδές του στη φυσική και χημεία ο Wilson ανέπτυξε ιδιαίτερο ενδιαφέρον για την μετεωρολογία Έτσι το 1893 άρχισε να μελετά τα σύννεφα και τις ιδιότητες τους. Εργάστηκε για κάποιο χρονικό διάστημα στο παρατηρητήριο του Ben Nevis, όπου έκανε τις παρατηρήσεις του σχηματισμού νεφών Στη συνέχεια προσπάθησε να αναπαράγει σύννεφα σε μικρότερη κλίμακα σε εργαστήριο στο Cambridge, μέσω της επέκτασης υγρού αέραμέσα σε ένα σφραγισμένο δοχείο (θάλαμο νέφωσης) Έπειτα πειραματίστηκε να δημιουργήσει ίχνη στα σύννεφα μέσα στο θάλαμο, προκαλούμενα από τ ιόντα και ακτινοβολία. Για την εφεύρεση του θαλάμου νέφωσης τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ το 1927.

Cloud champer Στην πιο βασική του μορφή, είναι είναι ένα σφραγισμένο περιβάλλον (θάλαμος) που περιέχει υπερκορεσμένο ατμού νερού ή αλκοόλης. Όταν ένα φορτισμένο σωματίδιο (για παράδειγμα, ένα άλφα ή βήτα σωματίδιο) αλληλεπιδρά με το μίγμα, ιονίζεται. Τα προκύπτοντα ιόντα δρουν ως πυρήνες συμπύκνωσης, γύρω από τα οποία θα σχηματιστεί ομίχλη.

Arthur Holly Compton Αμερικάνος Φυσικός Γεννήθηκε στις 10 Σεπτεμβρίου του 1892 στο Wooster του Ohio Πέθανε στις 15 Μαρτίου του 1962

Ο Einstein το 1916 είχε εισάγει ότι το φωτόνιο έχει ορμή ακόμα κι αν δεν έχει μάζα P=E/c=hf/c=h/λ Ο Compton το 1922 βασιζόμενος στην υπόθεση του Einstein υπολόγισε το μήκος κύματος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας κατά τη σκέδαση της από φορτισμένα σωματίδια Συγκεκριμένα, κατέλυξε στη διατύπωση της σκέδασης Compton, γνωστή ως φαινόμενο Compton

Το ποσό της αλλαγής του μήκος κύματος ονομαζεται Compton shift Η σκέδαση χαρακτηρίζεται ως ανελαστική επειδή το μήκος κύματος της ακτινοβολίας (λ) αλλάζει μετά τη σκέδασης (λ’) Δηλαδή, λσκεδαζόμενου φωτός ≠λπροσπίπτουσας ακτινοβολίας Το ποσό της αλλαγής του μήκος κύματος ονομαζεται Compton shift

Το φαινόμενο Compton, είναι ιδιαίτερα σημαντικό επειδή δείχνει πως η διάδοση φωτός δεν μπορεί να εξηγηθεί μόνο ως κυματικό φαινόμενο ΦΩΣ Κύμα Σωματίδιο Η κλασσική θεωρία, (η διάθλαση σύμφωνα με τον Thomson), αποτύγχανε να εξηγήσει τις διαφορές στο μήκος κύματος της προσπίπτουσας ακτινοβολίας από της σκεδαζόμενης Για να εξηγήθεί η συμπεριφορά του φωτός σε χαμηλές συχνότητες θα πρέπει το φως να συμπεριφέρεται και σαν να αποτελείται από σωματίδια Το πείραμα του Compton, έπεισε τους φυσικούς ότι το φως μπορεί να συμπεριφέρεται και σαν σωματίδιο του οποίου η ενέργεια είναι ανάλογη της συχνότητας

Για να διατηρηθεί η ενέργεια και η ορμή του συστήματος: Ο Compton, παρατήρησε πως κατά τη σκέδαση του φωτονίου διατηρείται σταθερή η ενέργεια καθώς και η ορμή του συστήματος. Για να διατηρηθεί η ενέργεια και η ορμή του συστήματος: Το ηλεκτρόνιο που σκεδάζεται λαμβάνει μέρος της ενέργειας του φωτονίου Το φωτόνιο με την ενέργεια που του απομένει εκπέμπεται σε διαφορετική διεύθυνση από την αρχική έτσι ώστε να διατηρηθεί η ολική ορμή του συστήματος Σε περίπτωση που στο φωτόνιο απομείνει ενέργεια (αφού δώσει ενέργεια στο ηλεκτρόνιο), τότε η διαδικασία επαναλαμβάνεται

Το φαινόμενο Compton συμβαίνει μόνο στην περίπτωση που το φωτόνιο έχει μια συγκεκριμένη ενέργεια Αντίθετα, στην περίπτωση που το φωτόνιο έχει πολύ μεγαλύτερη ενέργεια είναι σε θέση να βομβαρδίσει τον πυρήνα του ατόμου και να προκαλέσει τη δημιουργία ενός ποζιτρονίου και ενός ηλεκτρονίου, φαινόμενο γνωστό ως δίδυμη γένεση

Ο Compton εκτέλεσε πειράματα για διάφορες γωνίες σκέδασης μετρώντας τα μήκη κύματος και την ένταση των σκεδαζόμενων δεσμών Παρατήρησε ότι υπήρχαν δύο κορυφές στην γραφική παράσταση της έντασης, συναρτήσει του μήκους κύματος Η πρώτη κορυφή αντιστοιχούσε σε μήκος κύματος λ, το οποίο ήταν το μήκος κύματος της αρχικής δέσμης. Η δεύτερη κορυφή αντιστοιχούσε σε μήκος κύματος λ’ όπου h η σταθερά δράσεως του Planck, me η μάζα ηρεμίας του ηλεκτρονίου και c η ταχύτητα του φωτός

Συμπερασματα Κατά την σκέδαση η ενέργεια και η ορμή διατηρούνται Η ενέργεια είναι ανάλογη με τη συχνότητα της ακτινοβολίας (συμφωνία με Planck Το φως συμπεριφέρεται και ως σωματίδιο (φωτόνιο) Το φωτόνιο είναι σωματίδιο με ταχύτητα και ορμή, όμως δεν έχει μάζα και ταξιδεύει με την ταχύτητα του φωτός Σε αντίθεση με την κλασσική θεωρία σύμφωνα με την οποία λ=λ’, o Compton έθεσε λσκεδαζόμενου φωτός > λπροσπίπτουσας ακτινοβολίας

Βιβλιογραφία Nobelprize.org, The official web site of nobel prize (όλες οι βιογραφίες) http://www.nobelprize.org/ Britannica, Online encyclopedia,(βιογραφίες, όροι) http://www.britannica.com/ Κβαντική θεωρία – Κβαντική Μηχανική Η Κβαντική θεωρία του φωτός http://gate.iesl.forth.gr/~kafesaki/Modern-Physics/lectures/modern_physics2.html Wikipedia, Quantum Mechanics http://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_mechanics Quantum Theory http://www.thebigview.com/spacetime/quantumtheory.html

Max Planck http://www.rssd.esa.int/index.php?page=mplanck&project=planck Wikipedia http://en.wikipedia.org/wiki/Max_Planck http://en.wikipedia.org/wiki/Planck%27s_law http://en.wikipedia.org/wiki/Black_body_radiation http://en.wikipedia.org/wiki/Black_body Βικιπαίδεια (ελληνόγλωσση) http://el.wikipedia.org/wiki/%CE%9C%CE%AD%CE%BB%CE%B1%CE%BD_%CF%83%CF%8E%CE%BC%CE%B1 Το μέλαν σώμα, σημειώσεις Σ. Τραχανά http://gate.iesl.forth.gr/~kafesaki/Modern-Physics/traxanas-short-notes/black-body.pdf

Albert Einstein http://www-groups.dcs.st-and.ac.uk/~history/Biographies/Einstein.html http://www.britannica.com/EBchecked/topic/181349/Albert-Einstein http://www.lucidcafe.com/library/96mar/einstein.html Tesla Memorial society of New York http://www.teslasociety.com/einstein.htm Einstein on the Photoelectric effect, by David Cassidy http://www.aip.org/history/einstein/essay-photoelectric.htm PhysLink.com, Physics and Astronomy online http://www.physlink.com/education/askexperts/ae24.cfm Photoelectric effect http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/mod2.html http://spiff.rit.edu/classes/phys314/lectures/photoe/photoe.html Wikipedia http://en.wikipedia.org/wiki/Photoelectric_effect

James Franck Gustav Hertz Wikipedia http://en.wikipedia.org/wiki/James_Franck http://el.wikipedia.org/wiki/%CE%A4%CE%B6%CE%AD%CE%B9%CE%BC%CF%82_%CE%A6%CF%81%CE%B1%CE%BD%CE%BA (ελληνόγλωσση) http://www.answers.com/topic/james-franck Gustav Hertz Wikipedia http://en.wikipedia.org/wiki/Gustav_Ludwig_Hertz http://el.wikipedia.org/wiki/%CE%93%CE%BA%CE%BF%CF%8D%CF%83%CF%84%CE%B1%CE%B2_%CE%A7%CE%B5%CF%81%CF%84%CE%B6 (ελληνόγλωσση) Το πείραμα Franck - Hertz http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/frhz.html Wikipedia http://en.wikipedia.org/wiki/Franck%E2%80%93Hertz_experiment http://spiff.rit.edu/classes/phys314/lectures/fh/fh.html http://www.astro.uni-bonn.de/~joachimi/fp/Franck-Hertz-Versuch.pdf (report by Benjamin Joachimi, Benedikt Klobes) http://www.semfe.gr/files/excercises/6/atomikh_kai_moriakh_fysikh-askhsh6.pdf

Jean Baptiste Perrin Wikipedia, the free encyclopedia http://en.wikipedia.org/wiki/Jean_Baptiste_Perrin http://en.wikipedia.org/wiki/Ultramicroscope http://seit.unsw.adfa.edu.au/staff/sites/hrp/Literature/articles/karel3Avogadro.pdf http://web.lemoyne.edu/~giunta/perrin.html Brownian Motion http://www.aip.org/history/einstein/brownian.htm http://en.wikipedia.org/wiki/Brownian_motion Dalton atomic theory http://www.iun.edu/~cpanhd/C101webnotes/composition/dalton.html http://www.rsc.org/chemsoc/timeline/pages/1803.html

Clinton Joseph Davisson http://en.wikipedia.org/wiki/Clinton_Davisson http://www.answers.com/topic/clinton-davisson George Paget Thomson http://www.physics.corpus.cam.ac.uk/wp-content/uploads/2012/02/George_Paget_Thomson_web.pdf http://en.wikipedia.org/wiki/George_Paget_Thomson Answers http://www.answers.com/topic/george-paget-thomson De Broglie’s Hypothesis http://en.wikipedia.org/wiki/Matter_wave http://www.chhaya.co.in/index.php?option=com_content&view=article&id=87:what-does-de-broglies-hypothesis-state&catid=37:learn-with-us-online-&Itemid=72

Arthur Holly Compton Wikipedia http://en.wikipedia.org/wiki/Arthur_Compton http://en.wikipedia.org/wiki/Compton_effect NNDB, tracking the entire world, Arthur H. Compton http://www.nndb.com/people/968/000055803/ APS physics, Arthur Compton http://www.aps.org/programs/outreach/history/historicsites/compton.cfm Βικιπαίδεια, ελληνόγλωσση ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια Σκέδαση Compton http://el.wikipedia.org/wiki/%CE%A3%CE%BA%CE%AD%CE%B4%CE%B1%CF%83%CE%B7_%CE%9A%CF%8C%CE%BC%CF%80%CF%84%CE%BF%CE%BD Σκέδαση φωτονίων – φαινόμενο Compton http://hep.physics.uoc.gr/physics4/node19.html

‘There are now two theories of light, both indispensable… without any logical connection.’’ Albert Einstein Υπάρχουν πλέον δύο θεωρίες του φωτός, και οι δύο απαραίτητες... χωρίς καμία λογική σύνδεση.''

Τέλος