Περιγραφή του Φαινομένου Κόμπτον
O Κόμπτον και οι συνεργάτες του απέδειξαν ήδη από το 1922 πως η κλασική φυσική δεν μπορούσε να εξηγήσει τη σκέδαση των ακτίνων Χ από τα ηλεκτρόνια. Σύμφωνα με τη συμβατική εξήγηση, το ηλεκτρόνιο ταλαντώνεται όταν οι ακτίνες Χ το χτυπούν. Αμέσως μετά, το ηλεκτρόνιο αποκτά ταχύτητα και αρχίζει να απελευθερώνει ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Ανάλογα με το πόσο καιρό εκτίθεται το ηλεκτρόνιο στην ακτινοβολία και πόσο έντονη είναι αυτή, η ακτινοβολία αυτή θα έχει μια συχνότητα. Ωστόσο, το πείραμα απέδειξε ότι η συχνότητα της σκεδαζόμενης ακτινοβολίας εξαρτάται αποκλειστικά από τη γωνία σκέδασης. Ως εκ τούτου, η συμβατική εξήγηση δεν ήταν σε θέση να εξηγήσει επαρκώς το συγκεκριμένο φαινόμενο.
Μετρώντας τα μήκη κύματος και την ένταση των σκεδαζόμενων δεσμών και εκτελώντας το πείραμα σε διάφορες γωνίες σκέδασης, ο Κόμπτον μπόρεσε να εντοπίσει δύο κορυφές στη γραφική παράσταση της έντασης σε σχέση με το μήκος κύματος.
Συγκεκριμένα, η πρώτη κορυφή αντιστοιχούσε σε μήκος κύματος λ, που ήταν το μήκος κύματος της αρχικής δέσμης. Η δεύτερη κορυφή αντιστοιχούσε σε μήκος κύματος λ’, του οποίου η σχέση με τη γωνία σκέδασης φαινόταν από τον εξής τύπο:
Να σημειωθεί πως όπου h η σταθερά δράσεως του Πλάνκ, me η μάζα ηρεμίας του ηλεκτρονίου και c η ταχύτητα του φωτός.
Για τη θεωρητική του εξαγωγή διατυπώθηκαν οι ακόλουθες υποθέσεις:
- Η προσπίπτουσα ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία αποτελείται από φωτόνια με ενέργεια που δίνεται από τον τύπο του Πλανκ (E=hν)
- Τα φωτόνια, όντας σωματίδια, σκεδάζονται από ελαφρώς δέσμια ατομικά ηλεκτρόνια
- Τα ηλεκτρόνια κινούνται με σχετικιστικές ταχύτητες
- Η ενέργεια και η ορμή πριν και μετά την σκέδαση είναι διατηρούμενες ποσότητες
Συνεπώς, ο φαινόμενο αυτό αποτελεί μια από τις πρώτες επιτυχίες της κβαντικής θεωρίας εξαιτίας των παραπάνω παραγόντων.
Η ανακάλυψη της ηλεκτρικής μπαταρίας
Ο Αλεσάντρο Βόλτα, το πλήρες όνομα του οποίου είναι Conte Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta, ήταν Ιταλός επιστήμονας. Γεννήθηκε στο Κόμο της Λομβαρδίας στις 18 Φεβρουαρίου 1745 και πέθανε εκεί στις 5 Μαρτίου 1827. Η ανακάλυψη της ηλεκτρικής μπαταρίας του λειτούργησε ως η πρώτη πηγή συνεχούς ρεύματος.
Λίγα λόγια για τον Βόλτα και την ανακάλυψή του
Το 1774, ο Αλεσάντρο Βόλτα διορίστηκε καθηγητής φυσικής στη Βασιλική Σχολή του Κόμο. Η αγάπη του για τον ηλεκτρισμό τον ενέπνευσε να βελτιώσει τον ηλεκτροφόρο, μια μηχανή που παρήγαγε στατικό ηλεκτρισμό, το 1775. Λίγο αργότερα το 1776, ο Βόλτα ανακάλυψε και καθάρισε το αέριο μεθάνιο. Τρία χρόνια αργότερα του ανατέθηκε η έδρα της φυσικής στο Πανεπιστήμιο της Παβίας.
Ο Λουίτζι Γκαλβάνι, φίλος του Βόλτα, ανέφερε το 1791 ότι παράγεται ηλεκτρικό ρεύμα όταν δύο διαφορετικά μέταλλα έρχονται σε επαφή με τους μύες των ποδιών ενός γδαρμένου βατράχου, με αποτέλεσμα το άκρο να συσπάται. Ο Γκαλβάνι θεώρησε ότι αυτό ήταν η ανακάλυψη ενός νέου τύπου ηλεκτρισμού, τον οποίο ονόμασε «ζωικό ηλεκτρισμό», σε ζωντανούς ιστούς.
Ωστόσο, ο Βόλτα πίστευε πως ο βάτραχος απλώς διηύθυνε αυτό που ονόμασε «μεταλλικό ηλεκτρισμό», ένα ρεύμα που ρέει δηλαδή μεταξύ των δύο μετάλλων. Το 1792 ο Βόλτα άρχισε να ερευνά αποκλειστικά με μέταλλα. Μάλιστα, κατά τη διάρκεια της μελέτης και των πειραμάτων του, ο Ιταλός επιστήμονας τοποθετούσε δίσκους από διάφορα μέταλλα στη γλώσσα του για να αισθάνεται το ασθενές ηλεκτρικό ρεύμα που ρέει μεταξύ τους.
Έτσι, ο Αλεσάντρο Βόλτα ανακάλυψε ότι δεν απαιτείται ζωικός ιστός για την παραγωγή ρεύματος. Αξίζει να σημειωθεί πως όταν ο Βόλτα ανακοίνωσε την πρώτη ηλεκτρική μπαταρία το 1800, έβαλε τέλος στη σφοδρή διαμάχη μεταξύ των υποστηρικτών του ζωικού και του μεταλλικού ηλεκτρισμού.
Η μπαταρία του Βόλτα, που συχνά αναφέρεται ως βολταϊκή στήλη (ή αλλιώς βολταϊκός σωρός), αποτελούνταν από εναλλασσόμενους δίσκους ψευδαργύρου και αργύρου (ή χαλκού και κασσίτερου), οι οποίοι χωρίζονταν μεταξύ τους με φύλλα χαρτιού ή υφάσματος βουτηγμένα σε αλατόνερο ή υδροξείδιο του νατρίου.
Το δημιούργημά του πυροδότησε ένα νέο κύμα ηλεκτρικών πειραμάτων, καθώς ήταν μια εύχρηστη, αξιόπιστη πηγή ηλεκτρικού ρεύματος που δεν απαιτούσε επαναφόρτιση. Μέσα σε έξι εβδομάδες από την ανακοίνωση του Βόλτα, οι Άγγλοι ερευνητές Γουίλιαμ Νίκολσον και Άντονι Καρλίσλι χρησιμοποίησαν έναν σωρό Βόλτα για να μετατρέψουν το νερό σε υδρογόνο και οξυγόνο. Αυτή η ανακάλυψη της ηλεκτρόλυσης – η διαδικασία με την οποία ένα ηλεκτρικό ρεύμα προκαλεί μια χημική αντίδραση – οδήγησε στην ανάπτυξη του τομέα της ηλεκτροχημείας.
Να αναφέρουμε επίσης πως ο Ναπολέων έκανε τον Βόλτα κόμη και γερουσιαστή του βασιλείου της Λομβαρδίας, καθώς ο Ιταλός επιστήμονας παρουσίασε μπροστά του την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος από την μπαταρία του το 1801 στο Παρίσι. Εν συνεχεία, το 1815, διορίστηκε διευθυντής της φιλοσοφικής σχολής του Πανεπιστημίου της Πάντοβα από τον Αυστριακό αυτοκράτορα Φραγκίσκο Α. Τέλος, το 1881, ο Βόλτα συνέβαλε στην έμπνευση για τη δημιουργία του βολτ – μιας μέτρησης της ηλεκτροκινητικής δύναμης που τροφοδοτεί τον ηλεκτρισμό.