Kvantna fizika: kvantne lastnosti svetlobe

Ste že kdaj pomislili, kaj je v resnici veliko svetlobnih pojavov? Na primer, da fotoelektrično učinek, vročinski valovi, fotokemične procese in podobno - vse kvantnih lastnosti svetlobe. Če jih ne bi odkrili, znanstveniki dela ne bi preselil iz mrtve točke, v resnici, pa tudi znanstveni in tehnični napredek. Študija svoj del kvantne optike, ki je neločljivo povezana z isto veja fizike.

Kvantna lastnosti svetlobe: opredelitev

Do nedavnega, jasno in izčrpno razlago tega optičnega pojava ni mogel dati. Ti so uspešno uporabljajo v znanosti in vsakdanjem življenju, na tej osnovi graditi ne le formule, ampak celoten problem v fiziki. Oblikuje končna odločitev je mogoče dobiti le od sodobnih znanstvenikov, ki povzel dejavnosti svojih predhodnikov. Tako kvantne lastnosti valov svetlobe in - posledica značilnosti njegovih onesnaževalcev, s katerim atomi elektroni. Quantum (ali fotonskega) tvorjen zaradi dejstva, da elektron preseli na nižji ravni energije, s čimer ustvarjajo elektromagnetnega impulzov.

Prvi optični opazovanja

XIX столетии. Predpostavka o prisotnosti kvantne lastnosti svetlobe pojavil v XIX. Znanstveniki so odkrili in vestno pojavi kot difrakcije, motenj in polarizacijo. Z njihovo pomočjo je bila izpeljana teorija elektromagnetni val svetlobe. Temeljil je na pospeševanje gibanja elektronov med nihanja telesa. Kot rezultat, predtekmovanje, sledijo valovi svetlobe pojavil za njim. Prvega avtorja hipoteza o tej temi je oblikoval Anglež D. Rayleigh. On se šteje kot sistem sevanja enakih in stalnih valovih, in v zaprtem prostoru. V skladu s svojimi sklepi, s mora zmanjšanje njihovih izhodnih valovnih dolžinah nenehno povečuje, poleg tega pa morajo imeti ultravijolične in rentgenske žarke. V praksi, vse to ni bil potrjen, in to je še en teoretik.

Planck formula

XX века Макс Планк – физик немецкого происхождения – выдвинул интересную гипотезу. Na začetku XX stoletja Maks Plank - nemško-rodil fizik - je predstavila zanimivo hipotezo. V skladu z njo, emisije in absorpcija svetlobe ne pride neprekinjeno, kot je prej mislil, in deli - kvantov, ali kot se imenujejo fotonov. h , и он был равен 6,63·10 ^-34 Дж·с. je bil uveden konstanta Planck je - sorazmernost faktor s črko h zastopa, in je bila enaka 6,63 x 10 ^-34 J-s. v – частота света. Za izračun energijo vsakega fotona, je potrebno še eno vrednost - V - frekvenco svetlobe. konstanta Planck je pomnožen s frekvenco, in kot rezultat dobljen energijo enega samega fotona. Ker nemščina znanstvenik natančno in pravilno zavarovan enostavno formulo, kvantne lastnosti svetlobe, ki je bila predhodno ugotovljenih H. Hz in ga označi kot fotoelektrično učinek.

Odkritje fotoefekt

Kot smo že dejali, je znanstvenik Genrih GERTS je bil prvi, ki je opozoril na kvantne lastnosti svetlobe nezamechaemye prej. Fotoelektrično učinek so odkrili leta 1887, ko znanstvenik pridružila osvetljen cinkove plošče in palice elektrometra. V primeru, da je plošča prihaja do pozitivnega naboja, ki je elektrometra ni zaključen. Če se negativni naboj oddaja, naprava začne opravljati takoj, ko je plošča pade ultravijolični žarki. Med tem hands-on izkušnje, je bilo dokazano, da je plošča je izpostavljen svetlobi oddaja negativne električnimi naboji, ki se je kasneje prejele ustrezno ime - elektrone.

Praktične izkušnje Stoletova

Praktični poskusi z elektroni izvedli ruski raziskovalec Alexander Stoletov. Pri svojih poskusih je uporabil vakuumsko steklo žarnice in dve elektrodi. Ena elektroda je bila uporabljena za prenos moči, in drugi je osvetljena, in da je bila vložena na negativni pol akumulatorja. Med to operacijo, trenutno se začne povečevati moč, ampak čez nekaj časa je postal stalnica in se neposredno sorazmerna s sevanja svetlobe. Kot rezultat, je bilo ugotovljeno, da je kinetična energija elektronov, kot tudi zavlačevanje napetost ni odvisna od moči svetlobe. Toda povečanje frekvence svetlobe povzroči, da raste to sliko.

Nove kvantne lastnosti svetlobe: fotoefekt in njeni zakoni

Med razvojem Hertz je teorije in prakse Stoletov je bil umaknjen tri osnovne zakone, ki so, kot se je izkazalo, da fotoni so delovanje:

Мощность светового излучения, которое падает на поверхность тела, прямо пропорциональна силе тока насыщения. 1. Moč svetlobe, ki pada na površini telesa je neposredno sorazmerna s trdnostjo zasičenem toka.

Мощность светового излучения никак не влияет кинетическую энергию фотоэлектронов, а вот частота света является причиной линейного роста последней. 2. Lučka za napajanje ne vpliva na kinetično energijo fotoelektronskim, vendar je frekvenca svetlobe je vzrok za zadnje linearne rasti.

Существует некая «красная граница фотоэффекта». 3. Obstaja neke vrste "rdečim robom fotoelektrično učinek." Dejstvo je, da če je frekvenca nižja od minimalne indikatorja frekvence glede na določenem materialu, opazimo fotoelektrično učinek.

dve teorije trčenja Težave

Po formulo pridobljen Max Planck, Science pred dilemo. Prej izhaja val, in kvantne lastnosti svetlobe, ki je bila odprta malo kasneje, ne more obstajati v okviru splošno sprejetimi zakoni fizike. V skladu z elektromagnetno, mora stara teorija, vsi elektroni telesa, ki pade na svetlobo prišel v prisilno nihanja na isti frekvenci. To bi ustvarilo neskončno kinetično energijo, ki je povsem nemogoče. Poleg tega je za kopičenje zahtevanega zneska ostalega bi ostal elektronov energije je potrebno, da bi lahko več deset minut, medtem ko je fotoelektrični učinek v praksi, ni niti najmanjše zamude. Dodatno zmedo je nastal tudi iz dejstva, da je energija fotoelektronov ni odvisna od moči svetlobe. Poleg tega, je ne rdeči rob fotoelektrično učinek, in ni bila izračunana sorazmerna s frekvenco kinetične energije elektronov svetlobe se je odprlo. Stara teorija ne more pojasniti, jasno vidna na prvi pogled fizikalnih pojavov, in nova še ni povsem izšlo.

Racionalizem Alberta Eynshteyna

Šele leta 1905, veliki fizik Albert Einstein je pokazala v praksi in oblikovano v teoriji, kaj je to - prava narava svetlobe. In kvantnih lastnosti valov, odprta z dvema nasproti drug drugemu hipoteze v enakih delih značilna za fotonov. Za dokončanje slika manjkalo samo načelo diskretnosti, to je točno lokacijo fotonov v prostoru. Vsaka fotonov - delec, ki se lahko absorbirajo ali oddaja v celoti. Electron "požiranjem" navznoter foton poveča svoj naboj na vrednost energije, ki jo delci absorbira. Nadalje, znotraj fotokatode elektron premakne na njegovo površino, hkrati pa ohranja "dvojno dozo" energije, ki izhod se pretvori v kinetično energijo. Na ta preprost način in se fotoelektrično učinek izvedemo v katerih nobena zapoznelega odziva. Na cilju elektrona proizvaja količinskega sam, ki spada na površini telesa, izžareva s še več energije. Večje kot je število fotonov proizvedenih - močnejši sevanja, v tem zaporedju, in nihanje svetlobe val raste.

Najenostavnejši naprave, ki temeljijo na načelu fotoefekt

Po odkritij, ki jih je nemški znanstveniki na začetku dvajsetega stoletja, je uporaba pride v kvantnih lastnosti svetlobe za izdelavo različnih naprav. Izumi, katerih delovanje je fotoelektrično učinek, imenovane sončne celice, najpreprostejši reprezentativne katerih - vakuuma. Med se njegove slabosti lahko imenujemo šibki tok prevodnost, nizka občutljivost na dolgi sevanja valov, zato je ni mogoče uporabiti v izmenični. Naprava vakuum se pogosto uporablja v fotometrijo, merijo jakost svetlosti in kakovosti svetlobe. On ima tudi pomembno vlogo pri fototelefonah in med predvajanje zvoka.

Fotovoltaične celice s prevodnimi funkcijami

To je bil precej drugačen tip naprave, ki temeljijo na lastnosti kvantnih svetlobe. Njihov namen - za spremembo gostote operaterja. Ta pojav se včasih imenuje notranje fotoelektrično učinek, in to je osnova delovanja fotokonduktorjev. Ti polprevodniki igrajo zelo pomembno vlogo v našem vsakdanjem življenju. Prvič so začeli uporabljati retro avtomobilov. Potem zagotavljajo delovanje elektronike in baterije. V sredini dvajsetega stoletja začela uporabljati takšne sončne celice za gradnjo vesoljske ladje. Do sedaj, zaradi notranjega fotoelektrično učinek deluje na vrtljivi križi na podzemni železnici, prenosnih kalkulatorjev in sončnih kolektorjev.

Fotokemične reakcije

Svetloba, katerih narava je bila le delno na voljo znanost v dvajsetem stoletju, v resnici, to vpliva na kemične in biološke procese. Pod vplivom toka začne kvantni postopek molekulsko disociacijo in njihovo združitev z atomi. V znanosti, je to znano kot fotokemija, in v naravi enega od svojih pojavnih oblikah je fotosinteza. To je posledica svetlobnih valov procesov emisije nekaterih snovi, ki jih celice v zunajcelični prostor, pri čemer je rastlina postane zelena.

Vplivajo na kvantnih lastnosti svetlobe in človeškega vida. Kako na mrežnici, foton sproži proces razgradnje proteinskih molekul. Te informacije se odpelje nevronov v možganih, in po zdravljenju, smo lahko vsi videli svetlobe. Večer proteinska molekula je obnovljena in vizija se prilagajamo novim razmeram.

Rezultati

Ugotovili smo, v okviru tega člena, ki je v glavnem so kvantne lastnosti svetlobe je prikazano na pojav imenuje fotoelektrični učinek. Vsak foton ima naboj in maso, ko se soočajo z elektron pade vanjo. Quantum in elektronov postal eden in njihova skupna energija se pretvori v kinetično energijo, ki, strogo gledano, potrebne za izvajanje fotoelektrično učinek. Nihanje val tako proizvaja lahko poveča energijo fotona, vendar le do določene ukrep.

Svetlobni učinek je danes bistveni sestavni del večine vrst opreme. Na njegovi podlagi gradbenega vesoljske ladje in sateliti, razvoj sončne celice se uporabljajo kot vir pomožne energije. Poleg tega so svetlobni valovi imajo velik vpliv na kemijskih in bioloških procesov na Zemlji. Stroške rednega sončni svetlobi so rastline zelene barve, ki je Zemljina atmosfera naslikal polno paleto modre, in vidimo svet, kot je.