학문

드브로이 물질파 공식과 입자의 운동량 사이의 관계

드브로이의 물질파 가설에 따르면 전자나 프로톤 같은 입자도 파동의 성질을 갖는데, 입자의 질량이 커지거나 이동 속도가 빨라져서 운동량이 증가하면 물질파 파장은 어떻게 되나요?

1개의 답변이 있어요!

  • 안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

    운동량이 커질수록 물질파 파장은 짧아져요. 드브로이 공식은 λ = h/p = h/mv라서 파장이 운동량에 반비례하고, 질량이나 속도가 2배가 되면 파장은 절반이 돼요. h는 플랑크 상수로 6.63×10⁻³⁴J·s예요.

    100V 전압으로 가속한 전자는 파장이 약 0.12nm로 원자 사이 간격과 비슷해요. 그래서 결정에 전자를 쏘면 원자 배열이 회절격자 역할을 해서 X선처럼 회절 무늬가 생기고, 1927년 데이비슨과 거머가 니켈 결정에 전자를 쏴 이 무늬를 확인하면서 물질파가 실험으로 증명됐어요. 같은 속도의 양성자는 질량이 전자의 약 1,836배라 파장도 그만큼 짧아요.

    질량 145g 야구공을 초속 40m로 던지면 파장은 약 1×10⁻³⁴m로, 원자핵보다도 10¹⁹배 이상 작아요. 이런 길이는 어떤 틈이나 장애물과도 비교할 수 없어서 일상의 물체에서는 파동성이 드러나지 않아요.

    전자현미경은 가속 전압을 높여 전자의 운동량을 키우는 방식으로 파장을 줄여 더 작은 구조를 구분하고, 수백 kV급 투과전자현미경은 원자 하나하나까지 보여줘요 :)

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