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물리:러더퍼드_산란 [2017/05/18 06:50] – [간단한 계산] minjae | 물리:러더퍼드_산란 [2017/05/19 16:06] – minjae | ||
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$\alpha$입자가 질량 $m_{\alpha}$을 가지고 초기 속도 $\vec{v}_{0}$로 질량 $m_{t}$인 목표 입자와 충돌하는 상황을 생각하자. 그리고 여기서 $\alpha$입자의 속력은 $v_{0}\ll0.1c$로 빛의 속력보다 매우 작아 상대론적 효과를 무시하자. | $\alpha$입자가 질량 $m_{\alpha}$을 가지고 초기 속도 $\vec{v}_{0}$로 질량 $m_{t}$인 목표 입자와 충돌하는 상황을 생각하자. 그리고 여기서 $\alpha$입자의 속력은 $v_{0}\ll0.1c$로 빛의 속력보다 매우 작아 상대론적 효과를 무시하자. | ||
- | 운동량 보존과 에너지 보존으로 $boldsymbol{v_0}$와 $v_0^2$를 계산할 수 있다. | + | 운동량 보존과 에너지 보존으로 $\boldsymbol{v_0}$와 $v_0^2$를 계산할 수 있다. |
$$\bm_\alpha\boldsymbol{v_0} = m_\alpha\boldsymbol{v_\alpha} + m_t\boldsymbol{v_t} ~\rightarrow~ \boldsymbol{v_0} = \boldsymbol{v_\alpha} + \frac{m_t}{m_\alpha}\boldsymbol{v_t}$$ | $$\bm_\alpha\boldsymbol{v_0} = m_\alpha\boldsymbol{v_\alpha} + m_t\boldsymbol{v_t} ~\rightarrow~ \boldsymbol{v_0} = \boldsymbol{v_\alpha} + \frac{m_t}{m_\alpha}\boldsymbol{v_t}$$ | ||
$$\frac{1}{2}m_\alpha v_0^2 = \frac{1}{2}m_\alpha v_\alpha^2 + \frac{1}{2}m_tv_t^2 ~\rightarrow~ v_0^2 = v_\alpha^2 + \frac{m_t}{m_\alpha}v_t^2$$ | $$\frac{1}{2}m_\alpha v_0^2 = \frac{1}{2}m_\alpha v_\alpha^2 + \frac{1}{2}m_tv_t^2 ~\rightarrow~ v_0^2 = v_\alpha^2 + \frac{m_t}{m_\alpha}v_t^2$$ | ||
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을 얻게 되고 | 을 얻게 되고 | ||
$$v_t^2\left(1-\frac{m_t}{m_\alpha}\right) = \boldsymbol{v_\alpha}\cdot\boldsymbol{v_t}$$ | $$v_t^2\left(1-\frac{m_t}{m_\alpha}\right) = \boldsymbol{v_\alpha}\cdot\boldsymbol{v_t}$$ | ||
- | 임을 알 수 있다. | + | 임을 알 수 있다. |
- | 이제 정지해 있는 전자에 $\alpha-$입자가 입사되어 충돌하는 상황을 생각해자. 그렇다면 $m_t=m_e$가 될 것이다. | + | 이제 정지해 있는 전자에 $\alpha$입자가 입사되어 충돌하는 상황을 생각해자. 그렇다면 $m_t=m_e$가 될 것이다. |
각 입자의 질량은 | 각 입자의 질량은 | ||
$$m_e \approx 0.5~\text{MeV/ | $$m_e \approx 0.5~\text{MeV/ | ||
Line 27: | Line 27: | ||
그러므로 두 입자의 질량비는 | 그러므로 두 입자의 질량비는 | ||
$$\frac{m_t}{m_\alpha} \approx 10^{-4}$$ | $$\frac{m_t}{m_\alpha} \approx 10^{-4}$$ | ||
- | 가 된다. | + | 이 된다. $\boldsymbol{v_\alpha}\cdot\boldsymbol{v_t}$이 양수가 되어 $\alpha$ 입자의 운동량 변화가 상당히 작을 것이다. 결론적으로 톰슨의 원자 모형으로 $\alpha$ 입자의 산란 실험을 하게 되면 $\alpha$ 입자의 산란 후 운동 방향이 산란 전 운동 방향과 거의 같아야 함을 알 수 있다. 하지만 실제 실험 결과 때때로 $\alpha$ 입자가 큰 각도로 산란되는 것이 관찰되었다. 이 문제를 해결하기 위해서 러더퍼드는 톰슨의 원자 모형이 아닌 다른 원자 모형을 생각했다. 그의 생각은 아래와 같았다. |
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+ | =====러더퍼드의 원자 모형===== | ||
+ | 1. 원자의 중앙에는 양으로 대전된 입자가 있을 것이고 이 입자의 질량은 원자 질량의 대부분을 차지할 것이다. \\ | ||
+ | 2. 전자는 위에 기술된 입자의 주변부를 원운동 할 것이다. | ||
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