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Efeito Compton

Física

Efeito Compton é a diminuição de energia (aumento de comprimento de onda) de um fóton de raios X ou de raio gama, quando ele interage com a matéria.
Arthur Holly Compton
Arthur Holly Compton
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Foi no ano de 1922 que Arthur Holly Compton, após realizar alguns estudos sobre a interação radiação-matéria, percebeu que quando um feixe de raios X incidia sobre um alvo de carbono, sofria um espalhamento. Inicialmente, Compton não percebeu nada de errado, pois suas medidas indicavam que o feixe espalhado tinha frequência diferente do feixe incidente logo após atravessar o alvo.

De acordo com a teoria ondulatória, tal conceito era dado como certo, pois a frequência de uma onda não é alterada por nenhum fenômeno que ocorre com ela, sendo característica da fonte que a produz. Mas o que se constatou, através da experimentação, foi que a frequência dos raios X espalhados era sempre menor do que a frequência dos raios X incidentes, dependendo do ângulo de desvio. A figura abaixo nos mostra o esquema da ocorrência desse fenômeno, conhecido como Efeito Compton.

Um feixe de raios X incide em um alvo de carbono

Para explicar o sucedido, Compton inspirou-se na abordagem de Einstein, ou seja, ele interpretou os raios X como sendo feixes de partículas e a interação como sendo uma colisão de partículas. A energia do fóton incidente, de acordo com Einstein e Planck, seria h.f; e o fóton espalhado teria elétron, em respeito à lei da conservação da energia.

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A abordagem funcionou perfeitamente, mas Compton foi ainda mais longe. Ele investigou também a interação do ponto de vista da lei da conservação do momento linear. Experimentalmente, verificou que essa lei valia para diversos ângulos de espalhamento, desde que o momento linear do fóton fosse definido como

Onde:

  • c – é a velocidade da luz no vácuo
  • h – é a constante de Planck
  • λ – é o comprimento de onda da radiação

O inventor da Câmara de Nuvens (Charles Wilson) obteve experimentalmente as trajetórias dos fótons e dos elétrons espalhados, em colaboração com Compton. Duas características são notáveis na expressão acima: uma é a própria redefinição do momento linear, que não pode ser escrito como m.v, porque o fóton não tem massa; e a outra característica que pode ser observada é o estabelecimento de uma clara associação entre uma grandeza típica de corpúsculos, isto é, a matéria, e uma grandeza caracteristicamente ondulatória.

Compton ainda desenvolveu um método que provava que o fóton e o elétron eram espalhados simultaneamente, o que impedia explicações envolvendo absorção e posterior emissão de radiação.


Por Domiciano Marques
Graduado em Física

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

SILVA, Domiciano Correa Marques da. "Efeito Compton"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/efeito-compton.htm. Acesso em 16 de julho de 2019.

Lista de Exercícios
Questão 1

A respeito do Efeito Compton, assinale a alternativa correta:

a) É usado para explicar a absorção de energia pelos átomos segundo seus níveis de energia.

b) É utilizado para explicar o espalhamento de fótons após colisão com partículas carregadas. Os fótons espalhados possuem frequências menores que a dos fótons originais.

c) É utilizado para prever o perfil do espectro de absorção e a emissão de um determinado elemento.

d) O espalhamento Compton é válido somente para regimes de baixas energias, como nos fótons cujas frequências são próximas das de ondas de rádio, por exemplo.

e) É capaz de explicar as emissões de radiação eletromagnética por diversos radioisótopos existentes na natureza.

Questão 2

De acordo com a explicação fornecida pelo Efeito Compton, o comprimento de onda dos raios X espalhados por elétrons livres:

a) sofre um aumento em decorrência da natureza ondulatória dos fótons, que transferem quantidade de movimento aos elétrons.

b) sofre um aumento em decorrência da natureza corpuscular dos fótons, que transferem quantidade de movimento aos elétrons.

c) sofre uma diminuição em decorrência da natureza corpuscular dos fótons, que transferem quantidade de movimento aos elétrons.

d) permanece constante, uma vez que os raios X podem atravessar grandes espessuras de diversos materiais sem sofrer qualquer tipo de espalhamento.

e) sofre um grande aumento em decorrência do fenômeno chamado de emissão radioativa.

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