Efecto Ramsauer-Townsend

El efecto Ramsauer-Townsend, también llamado a veces efecto Ramsauer o efecto Townsend, es un fenómeno físico que implica la dispersión de baja -energía de electrones por átomos de un gas noble. Este efecto es el resultado de la mecánica cuántica. El efecto lleva el nombre de Carl Ramsauer y John Sealy Townsend, quienes estudiaron de forma independiente las colisiones entre átomos y electrones de baja energía en 1921.

Definiciones

Cuando un electrón se mueve a través de un gas, sus interacciones con los átomos del gas provocan que se produzca dispersión. Estas interacciones se clasifican como inelásticas si provocan que se produzca la excitación o ionización del átomo y elásticas si no lo hacen.

La probabilidad de dispersión en un sistema de este tipo se define como el número de electrones dispersos, por unidad de corriente de electrones, por unidad de longitud de trayectoria, por unidad de presión a 0 °C, por unidad de ángulo sólido. El número de colisiones es igual al número total de electrones dispersos elástica e inelásticamente en todos los ángulos, y la probabilidad de colisión es el número total de colisiones, por unidad de corriente de electrones, por unidad de longitud de trayectoria, por unidad de presión a 0 °C.

Debido a que los átomos de los gases nobles tienen una primera energía de ionización relativamente alta y los electrones no transportan suficiente energía para causar estados electrónicos excitados, la ionización y excitación del átomo son poco probables, y la probabilidad de dispersión elástica en todos los ángulos es aproximadamente igual a la probabilidad de colisión.

Descripción

Si uno trata de predecir la probabilidad de colisión con un modelo clásico que trata el electrón y el átomo como esferas duras, se encuentra que la probabilidad de colisión debe ser independiente de la energía electron incidente. Sin embargo, Ramsauer y Townsend, observaron independientemente que para electrones de movimiento lento en argon, krypton o xenón, la probabilidad de colisión entre los electrones y los átomos de gas obtiene un valor mínimo para los electrones con cierta cantidad de energía cinética (unos 1 voltios de electrones para gas xenón).

No existía una buena explicación para el fenómeno hasta la introducción de la mecánica cuántica, que explica que el efecto resulta de las propiedades ondulatorias del electrón. Un modelo simple de colisión que utiliza la teoría ondulatoria puede predecir la existencia del mínimo de Ramsauer-Townsend. Niels Bohr presentó un modelo simple para el fenómeno que considera al átomo como un potencial cuadrado finito.

Predecir a partir de la teoría la energía cinética que producirá un mínimo de Ramsauer-Townsend es bastante complicado ya que el problema implica comprender la naturaleza ondulatoria de las partículas. Sin embargo, el problema ha sido investigado exhaustivamente tanto experimental como teóricamente y se comprende bien.