Kwantumfisika: die kwantum eienskappe van lig

Het jy al ooit gedink oor wat 'in werklikheid baie lig verskynsels? Byvoorbeeld, neem die foto-elektriese effek, hittegolwe, fotochemiese prosesse en dies meer - al die kwantum eienskappe van lig. As hulle nie ontdek, sou wetenskaplikes werke nie verhuis het uit die dood punt, in werklikheid, sowel as die wetenskaplike en tegniese vooruitgang. Bestudeer hul afdeling van kwantumoptika, wat onlosmaaklik gekoppel is met dieselfde vertakking van fisika.

Quantum eienskappe van lig: 'n definisie

Tot onlangs was die duidelike en omvattende interpretasie van hierdie optiese verskynsel kan gee nie. Hulle is suksesvol gebruik word in die wetenskap en die alledaagse lewe, op grond hiervan om nie net die formule maar die hele probleem in fisika op te bou. Formuleer 'n finale beslissing verkry net uit moderne wetenskaplikes wat die aktiwiteite van sy voorgangers opgesom. So, die kwantum golfeienskappe van lig en - 'n gevolg van die eienskappe van die emitters waarmee atome elektrone. Quantum (of foton) is gevorm as gevolg van die feit dat 'n elektron beweeg om energie vlak te verlaag en sodoende die elektromagnetiese pulse te genereer.

Die eerste optiese Waarnemings

XIX столетии. Die aanname oor die teenwoordigheid van die kwantum eienskappe van lig verskyn in die XIX eeu. Wetenskaplikes het ontdek en ywerig verskynsels soos diffraksie, inmenging en polarisasie. Met hul hulp, die elektromagnetiese golf teorie van die lig is afgelei. Dit is gebaseer op die versnelling van die beweging van elektrone tydens die ossillasies van die liggaam. As gevolg hiervan, uitdunne, gevolg deur golwe van lig verskyn agter hom. hipotese die eerste outeur se oor hierdie onderwerp het die Engelsman D. Rayleigh gevorm. Hy word beskou as 'n stelsel van bestraling gelyk en permanente golwe, en in 'n beperkte ruimte. Volgens sy gevolgtrekkings, met 'n afname in hul uitset golflengtes voortdurend moet verhoog, ook, wat nodig is om ultraviolet en x-strale het. In die praktyk het dit alles nie bevestig, en dit het 'n ander teoretikus.

Planck se formule

XX века Макс Планк – физик немецкого происхождения – выдвинул интересную гипотезу. Aan die begin van die twintigste eeu Maks Plank - 'n Duits-gebore fisikus - het vorentoe 'n interessante hipotese gestel. Volgens haar het die emissie en absorpsie van lig nie voortdurend plaasvind nie, as wat voorheen gedink, en gedeeltes - kwanta, of as hulle fotone genoem word. h , и он был равен 6,63·10 ^-34 Дж·с. Planck se konstante is ingestel - proporsionaliteit faktor voorgestel deur die letter h, en dit was gelyk aan 6,63 × 10 ^-34 J · s. v – частота света. Met die oog op die energie van elke foton te bereken, wat nodig is een meer waarde - v - die frekwensie van die lig. Planck se konstante vermenigvuldig met die frekwensie, en as gevolg daarvan het die energie van 'n enkele foton. Sedert Duitse wetenskaplike akkuraat en korrek verseker in 'n eenvoudige formule, die kwantum eienskappe van lig, wat voorheen gevind deur H. Hertz, en aangewese dit as die foto-elektriese effek.

Die ontdekking van die foto-elektriese effek

Soos ons gesê het, die wetenskaplike Genrih Gerts was die eerste wat die aandag vestig op die kwantum eienskappe van lig nezamechaemye vroeër. Die foto-elektriese effek is ontdek in 1887 begin toe 'n wetenskaplike by verlig 'n sinkplaat en 'n stok van die elektriese meter. In die geval waar die plaat kom by 'n positiewe lading, is die elektriese meter nie ontslaan. As 'n negatiewe lading is wat uitgestraal word, die toestel begin na te kom, so gou as die plaat val ultraviolet strale. Tydens hierdie praktiese ervaring dit is bewys dat die plaat blootgestel aan die lig negatiewe elektriese ladings, wat later die toepaslike naam ontvang kan uitstraal - elektrone.

Praktiese ervaring Stoletova

Praktiese eksperimente met elektrone gedoen Russiese navorser Alexander Stoletov. Vir sy eksperimente gebruik hy 'n vakuum glas gloeilamp en twee elektrodes. Een elektrode is gebruik vir krag transmissie, en die tweede is verlig, en dit is om die negatiewe pool van die battery gebring. Gedurende hierdie operasie, die huidige begin tot krag verhoog, maar na 'n rukkie het dit 'n konstante en direk eweredig aan die bestraling van die lig. As gevolg hiervan, is daar gevind dat die kinetiese energie van elektrone, asook die uitstel van die spanning is nie afhanklik van die krag van die lig. Maar die toename in die frekwensie van lig veroorsaak dat hierdie syfer groei.

Nuwe kwantum eienskappe van lig: die foto-elektriese effek en sy wette

Tydens die ontwikkeling van Hertz se teorie en praktyk Stoletov teruggetrek is drie basiese wette, wat, as dit blyk, die fotone funksioneer:

Мощность светового излучения, которое падает на поверхность тела, прямо пропорциональна силе тока насыщения. 1. Power lig wat op die oppervlak van die liggaam val is direk eweredig aan die krag van die volop huidige.

Мощность светового излучения никак не влияет кинетическую энергию фотоэлектронов, а вот частота света является причиной линейного роста последней. 2. Power lig het geen invloed op die kinetiese energie van die foto-elektron, maar die frekwensie van die lig is die oorsaak van die nuutste lineêre groei.

Существует некая «красная граница фотоэффекта». 3. Daar is 'n soort van "rooi rand van die foto-elektriese effek." Die bottom line is dat indien die frekwensie minder as frekwensie aanwyser die minimum lig vir 'n gegewe materiaal is, is die foto-elektriese effek waargeneem.

twee teorieë botsing Probleme

Na formule afgelei Max Planck, Wetenskap in 'n dilemma. Voorheen afgelei golf, en kwantum eienskappe van lig, wat 'n bietjie later oop was, kon nie in die raamwerk van die algemeen aanvaarde wette van fisika. In ooreenstemming met die elektromagnetiese, moet die ou teorie, al die elektrone van die liggaam, wat op die lig val in gedwing ossillasie kom op dieselfde frekwensie. Dit sou 'n oneindige kinetiese energie wat heeltemal onmoontlik genereer. Verder, vir die opbouing van die vereiste bedrag van res sal die elektron energie bly dit nodig om in staat wees om tien minute, terwyl die foto-elektriese effek, in die praktyk, is daar nie die geringste vertraging. Verdere verwarring ontstaan ook uit die feit dat die energie van foto-elektrone is nie afhanklik van die krag van die lig. Daarbenewens het nie die rooi rand van die foto-elektriese effek, en is nie eweredig bereken om die frekwensie van die elektron kinetiese energie van die lig is geopen. Die ou teorie kon nie duidelik sigbaar verduidelik aan die oog van fisiese verskynsels, en die nuwe het nog nie ten volle uitgewerk.

Rasionalisme Alberta Eynshteyna

Slegs in 1905, die groot fisikus Albert Einstein het in die praktyk en verwoord in teorie, wat dit is - die ware aard van lig. En kwantum golfeienskappe, oop deur twee teenoor mekaar hipoteses in gelyke dele inherent aan fotone. Om te voltooi die prentjie net die beginsel van discreteness het 'n tekort, dit wil sê die presiese ligging van fotone in die ruimte. Elke foton - 'n deeltjie wat geabsorbeer kan word of wat uitgestraal word as 'n geheel. Electron "sluk" innerlike foton sy beheer oor die waarde van die energie geabsorbeer word deur die deeltjies verhoog. Verdere, in die photocathode elektron beweeg na die oppervlak, terwyl die handhawing van 'n "dubbele dosis" van energie, wat uitloop is omskep in kinetiese energie. In hierdie eenvoudige manier, en foto-elektriese effek is uit waarin geen vertraagde reaksie gedra. By die eindpunt van die elektron produseer 'n kwantum self, wat val op die oppervlak van die liggaam, straal met nog meer energie. Hoe groter die aantal fotone geproduseer - die meer kragtige bestraling, onderskeidelik, en die skommeling van die liggolf groei.

Die eenvoudigste toestelle, wat gebaseer is op die beginsel van die foto-elektriese effek

Na die ontdekking gemaak deur die Duitse wetenskaplikes aan die begin van die twintigste eeu, die aansoek kry in die kwantum eienskappe van lig vir die vervaardiging van verskeie toestelle. Uitvind, wie se operasie is die foto-elektriese effek, genoem sonselle, die eenvoudigste verteenwoordiger van wat - die vakuum. Onder sy nadele swak huidige geleiding, lae sensitiwiteit vir langgolfuitstraling, kan genoem word en daarom is dit nie gebruik kan word in AC kringe. Die vakuum toestel word algemeen gebruik in fotometrie, meet hulle die krag van helderheid en lig kwaliteit. Hy speel ook 'n belangrike rol in fototelefonah en tydens klank speel.

Fotovoltaïese selle met geleiding funksies

Dit was nogal 'n ander tipe van toerusting, wat gebaseer is op die kwantum eienskappe van lig. Hul doel - om die draer digtheid verander. Hierdie verskynsel word soms genoem die interne foto-elektriese effek, en dit is die basis van die operasie photoconductors. Hierdie halfgeleiers speel 'n baie belangrike rol in ons daaglikse lewens. Vir die eerste keer het hulle begin om die retro motors gebruik. Toe gee hulle die elektronika en battery werking. In die middel van die twintigste eeu begin om sulke sonselle aansoek te doen vir die bou van ruimte. Tot nou toe, as gevolg van die interne foto-elektriese effek bedryf die draaihekke in die metro, draagbare rekenaars en sonpanele.

fotochemiese reaksies

Lig, die aard van wat was net gedeeltelik sigbaar wetenskap in die twintigste eeu, in werklikheid, dit affekteer die chemiese en biologiese prosesse. Onder die invloed van vloei begin kwantum molekulêre dissosiasie proses en hul samesmelting met die atome. In die wetenskap, is dit bekend as fotochemie, en in die aard van een van sy manifestasies is fotosintese. Dit is te danke aan die lig golwe prosesse van vrystelling van sekere stowwe wat deur die selle in die ekstrasellulêre ruimte, waardeur die plant word groen.

Invloed op die kwantum eienskappe van lig en menslike visie. Kry op die retina, 'n foton snellers die proses van ontbinding van proteïenmolekules. Hierdie inligting word vervoer deur neurone in die brein, en na behandeling, kan ons almal sien die lig. Aand proteïenmolekule herstel en visie is geakkommodeer om die nuwe voorwaardes.

resultate

Ons het gevind dat in die loop van hierdie artikel, wat hoofsaaklik die kwantum eienskappe van lig word in 'n verskynsel genaamd die foto-elektriese effek. Elke foton het 'n lading en massa, en wanneer gekonfronteer met 'n elektron val daarin. Quantum en elektron een, en hul gesamentlike energie word omgeskakel na kinetiese energie, wat, streng gesproke, wat nodig is vir die implementering van die foto-elektriese effek. Die dus geproduseer golf ossillasie kan die foton energie te verhoog, maar net tot 'n sekere mate.

Foto-elektriese effek vandag is 'n noodsaaklike komponent van die meeste vorme van toerusting. Op sy basis die gebou ruimte skepe en satelliete, ontwikkel sonselle gebruik word as 'n bron van hulp energie. Daarbenewens het die liggolwe het 'n groot impak op die chemiese en biologiese prosesse op aarde. Die koste van die gewone sonlig die plante is groen, is die aarde se atmosfeer geverf volle palet van blou, en ons sien die wêreld soos dit is.