نسخة الفيديو النصية
تمر حزمة من الإلكترونات عبر بلورة. يتكون نمط حيود على شكل حلقات متحدة المركز على شاشة خلف البلورة؛ حيث تسجل مواضع الإلكترونات التي تصل عندها، كما هو موضح بالشكل. مثلت شدة الحلقات مقابل المسافة القطرية من مركز النمط بيانيًّا. توزيع الشدة الناتج موضح ثلاث مرات؛ حيث يقارن كل مرة بين توزيع شدة وتوزيع شدة آخر موضح أسفل منه. ما توزيع الشدة الذي يمكن أن ينتج من نقصان سرعة الإلكترون في الحزمة؟ أ: III، ب: I، ج: II، د: لا شيء من هذه التوزيعات.
يتناول هذا السؤال إلكترونات تتصرف مثل الموجات وتمر عبر شبكة بلورية تعمل بمنزلة خط من الشقوق في حاجز. عندما تمر الموجات عبر شق، يمكن أن تحيد بحيث تنتشر قطريًّا بعد عبورها من الشق مع حدوث أكبر حيود عندما يكون عرض الشق مساويًا للطول الموجي. ولأن الإلكترونات يمكن أن تتصرف مثل الموجات، فإنها تكون أنماط حيود مشابهة.
يمكن أن تتداخل الموجات المنبعثة من الشقوق المتجاورة أو خط من الشقوق، إما تداخلًا بناء يؤدي إلى زيادة الشدة عند نقاط التداخل البناء، أو تداخلًا هدامًا يؤدي إلى انخفاض الشدة.
في هذا السؤال، نريد معرفة ما سيحدث لنمط الحيود الناتج عن مرور إلكترونات عبر البلورة إذا انخفضت سرعة هذه الإلكترونات. لمعرفة ذلك، علينا أن نفهم كيف يمكن للإلكترونات أن تتصرف مثل الموجات.
تذكر أنه يمكن إيجاد طول موجة دي برولي المصاحبة لجسيم باستخدام المعادلة الآتية. 𝜆 يساوي ℎ على 𝑝؛ حيث 𝜆 الطول الموجي للإلكترون، وℎ ثابت بلانك، و𝑝 كمية حركة الإلكترون. إذا قللنا سرعة حزمة الإلكترونات، فستقل كمية الحركة أيضًا؛ لأن كمية الحركة تعتمد على السرعة. إذن، هذا يعني أن تقليل سرعة الإلكترونات سيزيد الطول الموجي لهذه الإلكترونات.
إذا فكرنا في كيفية تأثر أنماط الحيود بالطول الموجي للموجة، فسنعلم أنه كلما زاد الطول الموجي للموجة، زادت المسافة بين الهدب المضيئة المتتالية في نمط الحيود. المسافة الكبيرة بين المناطق المضيئة تعني أنه عندما ننظر إلى أنماط الحلقات مباشرة، نتوقع أن تكون الحلقات المضيئة المتحدة المركز منتشرة على نطاق أكبر.
إذا ألقينا نظرة على الأشكال، فسنلاحظ أن التمثيل البياني الأول يوضح انخفاضًا في الشدة، بينما يظهر التمثيل البياني الثاني شدة الإلكترونات منضغطة معًا بإحكام أكثر. قد يكون من الصعب ملاحظة ذلك، لكن التمثيل البياني الثالث فقط هو الذي يوضح أن شدة الإلكترونات أكثر انتشارًا، وهو ما يشير إلى أن الهدب المتحدة المركز متباعدة أكثر.
إذن، الإجابة هي التمثيل البياني III الموضح في الخيار أ. سيؤدي تقليل سرعة الإلكترونات إلى زيادة الطول الموجي لهذه الإلكترونات وزيادة انتشار نمط الحيود.
