Loading...
 

Dodatek: Zasada nieoznaczoności w pomiarach

Aby przetestować nasze możliwości pomiarowe rozważmy wiązkę elektronów padających z prędkością \( v_{0} \) na szczelinę o szerokości \( \Delta y \), tak jak na Rys. 1.

: Wiązka elektronów ugięta na szczelinie tworzy obraz dyfrakcyjny na ekranie
Rysunek 1: Wiązka elektronów ugięta na szczelinie tworzy obraz dyfrakcyjny na ekranie


Jeżeli elektron przechodzi przez szczelinę, to znamy jego położenie z dokładnością \( \Delta y \). Elektrony ulegają ugięciu na szczelinie tak, że na ekranie obserwujemy obraz dyfrakcyjny. Oznacza to, że elektrony mają teraz oprócz prędkości poziomej także składową w kierunku pionowym \( y \) (są odchylone). Spróbujmy ocenić tę składową pionową prędkości.

Rozpatrzmy elektron padający na ekran w miejscu pierwszego minimum dyfrakcyjnego (punkt A na Rys. 1 ). Pierwsze minimum jest dane równaniem

\( \mathit{\Delta y}\text{sin}\theta =\lambda \)


a dla małego kąta \( \theta \)

\( \mathit{\Delta y\theta }\approx \lambda \)


Elektron dolatujący do punktu a (1-sze minimum) ma prędkość pionową \( \Delta v_{y} \) taką, że

\( {\text{sin}\theta \approx \theta =\frac{\mathit{\Delta v}_{{y}}}{v_{{0}}}} \)


Korzystając z obu powyższych równań, otrzymujemy

\( {\frac{\mathit{\Delta v}_{{y}}}{v_{{0}}}=\frac{\lambda }{\mathit{\Delta y}}} \)


lub

\( {\mathit{\Delta v}_{{y}}\mathit{\Delta y}=\mathit{\lambda v}_{{0}}} \)


Długość fali wiązki elektronowej jest dana przez relację de Broglie'a

\( {\lambda =\frac{h}{p}=\frac{h}{\mathit{mv}_{{0}}}} \)


Podstawiając tę zależność do równania ( 5 ), otrzymujemy

\( {\mathit{\Delta v}_{{y}}\mathit{\Delta y}\approx\frac{\mathit{hv}_{{0}}}{\mathit{mv}_{{0}}}} \)


co można zapisać

\( \mathit{\Delta p}_{{y}}\mathit{\Delta y}\approx h \)


Jeżeli chcemy poprawić pomiar położenia \( y \) (zmniejszyć \( \Delta y \)), to w wyniku zmniejszenia szerokości szczeliny otrzymujemy szersze widmo dyfrakcyjne (mocniejsze ugięcie). Innymi słowy, zwiększone zostało \( \Delta p_{y} \).

Otrzymany wynik zgadza się z granicą wyznaczaną przez zasadę nieoznaczoności.


Ostatnio zmieniona Poniedziałek 21 z Listopad, 2022 11:00:07 UTC Autor: Zbigniew Kąkol, Piotr Morawski
Zaloguj się/Zarejestruj w OPEN AGH e-podręczniki
Czy masz już hasło?

Hasło powinno mieć przynajmniej 8 znaków, litery i cyfry oraz co najmniej jeden znak specjalny.

Przypominanie hasła

Wprowadź swój adres e-mail, abyśmy mogli przesłać Ci informację o nowym haśle.
Dziękujemy za rejestrację!
Na wskazany w rejestracji adres został wysłany e-mail z linkiem aktywacyjnym.
Wprowadzone hasło/login są błędne.