Kvantna fizika: kvantna svojstva svjetlosti

Jeste li ikada razmišljali o tome što čini zapravo mnogo svjetlosnih fenomena? Na primjer, uzeti fotoelektrični efekt, toplinskih valova fotokemijske procese i slično - sve kvantne svojstva svjetlosti. Ako oni nisu bili otkriveni, znanstvenici djela ne bi preselio sa mrtve točke, u stvari, kao i znanstveni i tehnički napredak. Studija njihov dio kvantne optike, koja neodvojivo povezani s istim grane fizike.

Kvantna svojstva svjetlosti: definicija

Sve do nedavno, jasno i sveobuhvatno tumačenje ovog optički fenomen nije mogao dati. Uspješno se koristi u znanosti i svakodnevnom životu, na toj osnovi graditi ne samo formulu, ali cijeli problem u fizici. Formulirati konačna odluka može dobiti samo od modernih znanstvenika koji su sažeti aktivnosti svojih prethodnika. Dakle, kvantna valna svojstva svjetlosti i - posljedica značajki svojih emitera, kojom atomi su elektroni. Kvantni (ili foton) nastaje zbog činjenice da je jedan elektron kreće niže razine energije, čime se generira elektromagnetske signale.

Prvi optički zapažanja

XIX столетии. Pretpostavka o postojanju kvantnih svojstava svjetlosti pojavila u XIX stoljeću. Znanstvenici su otkrili i marljivo pojave kao što su difrakcije, interferencije i polarizacije. Uz njihovu pomoć, teorija elektromagnetskog vala svjetlosti je izvedena. Ona se temelji na ubrzanje kretanja elektrona tijekom oscilacija tijela. Kao rezultat toga, vrućina, a slijedili su valovi svjetlosti pojavio iza njega. Prvi autor je hipoteza o ovoj temi je formirana Englez D. Rayleigh. On se smatra kao sustav zračenja jednakih i stalnih valova, te u ograničenom prostoru. Prema njegovim zaključcima, uz smanjenje svojih izlaznih valnih duljina trebala povećati kontinuirano, štoviše, moraju imati ultraljubičasti i x-zrake. U praksi, sve to nije potvrdio, a to je još jedan teoretičar.

Planckova formula

XX века Макс Планк – физик немецкого происхождения – выдвинул интересную гипотезу. Početkom XX stoljeća Maks Plank - njemački rođen fizičar - iznijela zanimljivu hipotezu. Prema njezinim riječima, emisija i apsorpcija svjetlosti ne dolazi do kontinuirano, kao što se prije mislilo, a dijelovi - kvanti, ili kako ih zovu fotoni. h , и он был равен 6,63·10 ^-34 Дж·с. Planckova konstanta uveden - Faktor proporcionalnosti zastupa slovom h, i to je bio jednak 6,63 × 10 ^-34 J · s. v – частота света. Da bi se izračunao energiju svakog fotona, potrebno još jednu vrijednost - v - frekvencije svjetlosti. Planckova konstanta pomnožena s frekvencijom, a kao rezultat dobiva energiju jednog fotona. Budući da njemački znanstvenik točno i pravilno osiguran u jednostavnom formulom, kvantnih svojstava svjetlosti, koja je prethodno pronađenih H. Hertz, i označen kao fotoelektrični efekt.

Otkriće fotoelektričnog efekta

Kao što smo rekli, znanstvenik Genrih Gerts je bio prvi koji je skrenuo pozornost na kvantnih svojstava svjetlosti nezamechaemye ranije. Fotoelektrični efekt otkriven je 1887. godine, kada je znanstvenik pridružio osvijetljen cink ploču i štap od elektrometar. U slučaju kada je ploča dolazi do pozitivnog naboja je elektrometar ne ispušta. Ako je negativni naboj emitiraju, uređaj počinje ispuštati, čim ploča pada ultraljubičasto zraka. Tijekom ove ruke na iskustvo je pokazalo da se ploča izloži svjetlosti može zračiti negativne električne naboje, koja je kasnije dobili odgovarajuće ime - elektrone.

Praktično iskustvo Stoletova

Praktični pokusi s elektronima proveo ruski istraživač Alexander Stoletov. Za svoje eksperimente on koristi vakuum stakla žarulja i dvije elektrode. Jedna elektroda je korišten za prijenos električne energije, a drugi je bio osvijetljen, a to je doveo na negativni pol baterije. Tijekom ove operacije, struja počinje za povećanje snage, ali nakon nekog vremena postala je stalna i izravno je proporcionalna zračenja svjetlosti. Kao rezultat toga, utvrđeno je da je kinetička energija elektrona, kao i odgađanje napon ne ovisi o snazi svjetlosti. No, povećanje učestalosti svjetlosti uzrokuje da rastu tu brojku.

Novi kvantna svojstva svjetlosti: fotoelektričnog efekta i njeni zakoni

Tijekom razvoja Hertza teorije i prakse Stoletov bio povučen tri osnovna zakona, koja je, kako se ispostavilo, fotoni funkcioniraju:

Мощность светового излучения, которое падает на поверхность тела, прямо пропорциональна силе тока насыщения. 1. Svjetlo napajanja koja pada na površini tijela izravno je proporcionalna jačini struje zasićenja.

Мощность светового излучения никак не влияет кинетическую энергию фотоэлектронов, а вот частота света является причиной линейного роста последней. 2. svjetlo napajanja ne utječu na kinetičku energiju fotoelektronska, ali učestalost svjetlosti je uzrok najnovijeg linearnog rasta.

Существует некая «красная граница фотоэффекта». 3. Tu je neka vrsta „crvenog ruba fotoelektričnog efekta.” Dno crta je da ako je frekvencija manja od minimalne indikator frekvencije svjetlosti za određeni materijal, gdje se uočava fotoelektrični efekt.

dvije teorije sudara Poteškoće

Nakon formula izvedena Max-Planck Science suočen s dilemu. Prije toga proizlazi val, i kvantna svojstva svjetlosti, koje su bile otvorene malo kasnije, nije mogla postojati u okviru opće prihvaćenim zakonima fizike. U skladu s elektromagnetski, stara teorija, svi elektroni u tijelu, koji pada na svjetlo trebao bi stupiti na prisilni oscilacija na istoj frekvenciji. To bi generirati beskonačnu kinetičku energiju koja je prilično nemoguće. Osim toga, za akumulaciju potrebne količine ostatka će ostati elektrona energije je potrebno da bi mogli do nekoliko desetaka minuta, dok je fotoelektrični efekt u praksi ne postoji i najmanja kašnjenja. Nadalje konfuzija nastala i iz činjenice da je energija photoelectrons ne ovisi o snazi svjetlosti. Osim toga, nema crveni rub fotoelektrični efekt, a ne je izračunata proporcionalna frekvenciji elektrona kinetičke energije svjetlosti je otvoren. Stara teorija nije mogla objasniti jasno vidljiv oku fizikalnih pojava, a novi još nije u potpunosti razrađen.

Racionalizam Alberta Eynshteyna

Samo u 1905., veliki fizičar Albert Einstein je pokazao u praksi i artikulirana u teoriji, što je to - prava priroda svjetlosti. I kvantna valna svojstva, otvorena za dva jedan nasuprot drugome hipoteze u jednakim dijelovima povezanima s fotona. Za potpunu sliku nedostajalo samo načelo pojedinačnosti, tj točnim fotona u prostoru. Svaki foton - čestica koje se mogu apsorbirati ili emitira u cjelini. Elektron „guta” unutra foton povećava svoj naboj na vrijednosti energije apsorbira čestica. Nadalje, unutar fotokatoda elektron prelazi na njegovu površinu, a da pritom zadrže „dvostruku dozu” energije, koji izlaz pretvara se u kinetičku energiju. Na taj jednostavan način, i fotoelektrični efekt provodi se u njoj ne zakašnjela reakcija. Na cilju elektrona stvara sama kvantum, koji pada na površini tijela, zrači s još više energije. Što je veći broj fotona proizvedenih - snažnije zračenje, odnosno, i fluktuacija svjetlosnog vala raste.

Najjednostavniji uređaji, koji se temelje na načelu fotoelektričnog efekta

Nakon otkrića njemačkih znanstvenika početkom dvadesetog stoljeća, aplikacija dobiva u kvantnih svojstava svjetlosti za proizvodnju raznih uređaja. Izumi, čiji rad je fotoelektrični efekt, nazvan solarne ćelije, najjednostavniji predstavnica - vakuum. Među njegove mane može nazvati slaba struja provodljivost, niska osjetljivost na duge zračenje, zbog čega se ne može koristiti u AC sklopove. Uređaj vakuum je naširoko koristi u fotometrija, oni mjerenje jačine osvjetljenja i svjetla kvalitete. On također igra važnu ulogu u fototelefonah i tijekom audio reprodukcije.

Fotonaponske ćelije sa provođenja funkcije

Bilo je dosta drugačiji tip uređaja, koji se temelje na kvantnoj svojstva svjetlosti. Njihova je svrha - za promjenu gustoće nosač. Ova pojava se ponekad naziva unutarnji fotoelektrični efekt, a to je temelj rada photoconductors. Ovi poluvodiči igraju vrlo važnu ulogu u našem svakodnevnom životu. Po prvi put počeli koristiti retro automobila. Onda oni daju rad elektronike i baterije. U sredini dvadesetog stoljeća počeo primjenjivati te solarne ćelije za izgradnju svemirskih brodova. Do sada, zbog unutarnje fotoelektričnog efekta upravljati rampama u podzemnoj željeznici, prijenosnih računala i solarnih panela.

fotokemijske reakcije

Svjetlo, priroda koja je samo djelomično dostupni znanost u dvadesetom stoljeću, u stvari, to utječe na kemijske i biološke procese. Pod utjecajem toka počinje kvantni molekularni proces disocijacije i njihovo spajanje s atomima. U znanosti, ovo je poznato kao fotokemiju, au prirodi jednog od njegovih manifestacija je fotosinteza. To je zbog svjetlosnih valova procese emisije određenih tvari koje proizvode stanice u izvanstanični prostor, pri čemu je biljka postaje zelena.

Utjecati na kvantne svojstva svjetlosti i ljudskog vida. Dobivanje na mrežnici, foton aktivira proces razgradnje molekula proteina. Ova informacija je prevezeno neurona u mozgu, a nakon tretmana, svi mi možemo vidjeti svjetlo. Nightfall molekula proteina obnovljena i vizija je smještena na nove uvjete.

rezultati

Saznali smo u toku ovog članka, što je uglavnom prikazana su kvantna svojstva svjetla u fenomen zvan fotoelektričnog efekta. Svaki foton ima svoj naboj i masu, a kada se suoči s elektron pada u nju. Quantum i elektrona postaju jedno, a njihova zajednička energija pretvara u kinetičku energiju, koja, strogo govoreći, potrebne za provedbu fotoelektrični efekt. Val oscilacija tako proizvedene mogu povećati fotona energije, ali samo do određene mjere.

Fotoelektrični efekt danas je bitna komponenta većine vrsta opreme. Na svojoj bazi zgrada svemirski brodovi i sateliti, razvoj solarne ćelije koriste kao izvor pomoćne energije. Osim toga, svjetlosni valovi imaju veliki utjecaj na kemijskim i biološkim procesima na Zemlji. Trošak običnog suncu biljke su zelene, Zemljina atmosfera je slikano punu paletu plave, a mi vidimo svijet kao što je to.