Davisson과 Germer 실험은 전자가 파도임을 입증하고 De Broglie 방정식을 검증하는 첫 번째 사람이었습니다. 1924 년에 De Broglie는 물질의 이중 특성을 가정했지만 Davisson과 Germer의 실험은 훨씬 나중에 결론을 검증하지 못했습니다. 이 발견은 실험 환경에서 처음으로 양자 역학을 입증했습니다. 이 실험에서는 Ni 크리스탈로 전자 산란을 탐색 할 것입니다.
건축 :
Davisson 및 Germer 실험의 구성에는 배지가 전자 편향 또는 산란에 영향을 미치지 않는 진공 챔버가 포함됩니다. 실험 설정의 주요 요소는 다음과 같습니다.
전자 건 :
열 방출을 통해 전자를 생산하는 텅스텐 필라멘트입니다. 즉, 특정 온도로 가열 될 때 전자를 방출합니다.
.정전기 입자 가속기 :
반대로 하전 된 2 개의 플레이트 (+VE 및 -VE 플레이트)가 알려진 전위에서 전자를 가속화하는 데 사용됩니다.
콜리 미터 :
가속기는 축을 따라 흐르는 전자의 좁은 채널이있는 실린더 내에 포함됩니다. 그 기능은 좁고 직선 인 전자 빔을 가속화하는 것입니다.
대상 :
니켈 크리스탈을 찾는 것이 목표입니다. 전자 빔은 일반적으로 니켈 결정에서 발사됩니다. 결정이 고정 축으로 회전 할 수 있도록 결정됩니다.
탐지기 :
NI 결정으로부터 분산 된 전자를 수집하기 위해, 검출기가 사용된다. 검출기는 반원형 아크로 이동합니다.
Davisson Germer의 실험은 수행 중입니다.
- 산화 바륨에 코팅 된 텅스텐 필라멘트를 갖는 전자 대포를 저전압 전원 공급 장치를 사용하여 가열 하였다. .
- 전자 대포는 고전압 전원으로부터 특정 전위차가 제공 될 때 전자가 특정 속도로 가속되는 전자를 생성합니다.
- 해방 된 전자는 축을 따라 천공 된 미세한 구멍이있는 실린더를 통과하여 미세하게 시합 된 빔을 만들어 냈습니다.
- 실린더의 빔은 니켈 크리스탈의 표면을 다시 한 번 목표로합니다. 결과적으로 전자는 다양한 방향으로 퍼져 있습니다.
- 전자 감지기는 생성 된 전자 빔의 강도를 기록한 다음, 민감한 검류계에 연결된 후 (전류를 기록하기 위해) 원형 스케일로 이동합니다. .
- 산란 된 전자 빔의 강도는 검출기를 다양한 위치에서 (입사와 산란 전자 빔 사이의 각도)로 이동시켜 다양한 산란 각도로 측정됩니다.
관찰 :
다음은이 실험에서 도출 할 수있는 결론 중 일부입니다.
- 여기에 사용 된 검출기는 입자 형태로 전자의 존재 만 감지 할 수 있습니다. 결과적으로 전자는 감지기에 의해 전류로 수신됩니다.
- 검출기에 의해 수신 된 전류의 강도 (강도)는 산란 각도뿐만 아니라 검사되고있다. 전자 강도는이 전류에 주어진 이름입니다.
- 분산 된 전자의 강도는 다양합니다. X- 선 회절 패턴의 피크와 계곡에 해당하는 가장 높고 가장 낮은 값을 보여줍니다.
- 산란 각도 세타를 변경하여 분산 된 전자의 강도 (i)를 수정할 수있었습니다.
- 가속 전위차를 조정함으로써 가속 전압은 44 ~ 68V로 다양했습니다. 54V의 가속 전압과 50 °의 산란 각도로, 산란 된 전자의 강도 (i)에서 큰 피크를 식별 할 수있었습니다.
- 크리스탈의 똑같이 간격이있는 원자의 여러 층에서 흩어져있는 전자의 건설적인 간섭으로 인해이 피크가 생겼습니다. 물질 파의 파장은 전자 회절을 통해 0.165 nm 인 것으로 결정되었습니다.
실험 설정의 영감 :
Davisson과 Germer 실험은 Ni 결정의 2 개의 상이한 원자 층에서 반사 된 파가 고정 상 차이를 가질 것이라고 가정했다. 이 파도는 반영된 후 건설적으로 또는 파괴적으로 상호 작용합니다. 이 과정의 결과로 회절 패턴이 나타납니다.
Davisson과 Germer의 실험에서는 전자 대신 파도가 사용되었습니다. 전자가 함께 당겨 질 때 회절 패턴이 생성되었습니다. 결과적으로 물질의 이중 특성이 확립되었습니다. 다음 다이어그램은 De Broglie 방정식과 Bragg의 법칙이 어떻게 연결되는지 보여줍니다.
우리는 다음과 같은 broglie 방정식을 가지고 있습니다 :
λ =h/p
=h/ √ (2me)
=h/ √ (2m ev)
여기서, m =전자의 질량
E =전자에서 전하
h =판자의 상수.
결과적으로, 전자는 주어진 v.
에 대한 방정식에 의해 결정된 파장을 갖는다.다음 방정식은 Bragg의 법칙을 표현합니다.
nλ =2d sin (90 ° - θ ⁄ 2)
회절 패턴을 생성하는 파의 파장은 X- 선 회절 연구에서 D의 값이 이전에 알려 졌기 때문에 다양한 값에 대한 방정식에서 파생 될 수 있습니다.
.Davisson 및 Germer 실험 결과 :
Davisson과 Germer 실험은 전자 산란이 최대 인 산란 각도 및 상응하는 전위차 V를 제공합니다. 결과적으로, Davisson과 Germer의 데이터 에서이 두 값을 모두 두 방정식에 적용하면 동일한 결과가 발생합니다. De Broglie의 파동 입자 이중성이 결과적으로 입증되며 그의 방정식은 다음과 같이 확인됩니다.
λ =h/ √ (2me)
v =54V
λ =12.27/ √ (54) nm
=0.167 nm
X- 선 산란을 사용하여 'D'값은 이제 0.092 nm로 결정되었습니다. 결과적으로, 산란 각도는 v =54 V 인 경우 50 °이며, 우리는 이것을 방정식에서 활용하여 다음을 얻을 수 있습니다.
.nλ =2 (0.092 nm) sin (90 ̊ - 50 ̊/2)
n =1의 경우, λ =0.165 nm
실험의 결과는 De Broglie 방정식에서 파생 된 이론적 값과 아주 잘 일치합니다.
결론 :
전자는 Davisson -Germer 실험에서 결정질 니켈 표면에서 분산됩니다. 전자 물질 파동 회절 패턴이 나타납니다. 그들은 물질 파의 존재에 대한 증거를 제공합니다. 다양한 입자를 사용한 회절 조사는 물질 파를 나타냅니다. 원자 결정을 통해 전자 빔이 수행 될 때, Davisson 및 Germer 실험에 의해 입증 된 바와 같이 회절이 발생한다. 이것은 전자의 파동이 간섭과 회절을 유발할 수 있음을 보여줍니다.
