Fizica cuantica: proprietatile cuantice ale luminii

V - ați gândit vreodată despre ceea ce constituie , de fapt , multe fenomene de lumină? De exemplu, să ia efectul fotoelectric, valuri de căldură, procese fotochimice și altele - toate proprietățile cuantice ale luminii. În cazul în care nu au fost descoperite, oamenii de știință lucrări nu s - ar fi mutat de la punctul mort, de fapt, precum și progresul științific și tehnic. Studiu secțiunea lor de sisteme optice cuantice, care este indisolubil legată cu aceeași ramură a fizicii.

Proprietățile cuantice ale luminii: o definiție

Până de curând, interpretarea clară și cuprinzătoare a acestui fenomen optic nu a putut da. Ele sunt folosite cu succes în știință și viața de zi cu zi, pe această bază pentru a construi nu numai cu formula , ci întreaga problemă în fizică. Formulați o determinare finală se obține numai de la oamenii de știință moderni , care a rezumat activitatea predecesorilor săi. Astfel, proprietățile undelor cuantice ale luminii și - o consecință a caracteristicilor emițători sale, atomii cu care sunt electroni. Quantum (sau de fotoni) este format ca urmare a faptului că un electron se deplasează pentru a reduce nivelul de energie, generând astfel impulsuri electro-magnetice.

Primele observații optice

XIX столетии. Presupunerea despre prezența proprietăților cuantice ale luminii au apărut în secolul al XIX - lea. Oamenii de știință au descoperit și fenomene sârguință , cum ar fi difracția, interferența și polarizarea. Cu ajutorul lor, teoria undelor electromagnetice a luminii a fost derivat. Acesta a fost bazat pe accelerarea mișcării electronilor în timpul oscilațiilor corpului. Ca rezultat, căldurilor, urmate de valuri de lumină a apărut în spatele lui. Ipoteza primului autor asupra acestui subiect a format englez D. tip Rayleigh. El este privit ca un sistem de radiații valuri egale și permanente, și într - un spațiu închis. Potrivit concluziilor sale, cu o scădere în lungimi de undă de ieșire ar trebui să crească în mod continuu, în plus, trebuie să aibă raze ultraviolete și raze X. În practică, toate acestea nu a fost confirmat, și a luat un alt teoretician.

Formula lui Planck

XX века Макс Планк – физик немецкого происхождения – выдвинул интересную гипотезу. La începutul secolului XX Maks Plank - un fizician german de origine - a prezentat o ipoteză interesantă. Potrivit ei, emisia și absorbția luminii nu se produce în mod continuu, așa cum se credea anterior, și porțiuni - Quanta, sau ca acestea sunt numite fotoni. h , и он был равен 6,63·10 ^-34 Дж·с. constanta lui Planck a fost introdus - factorul de proporționalitate reprezentat prin litera h, și a fost egal cu 6,63 × 10 ^-34 J · s. v – частота света. Pentru a calcula energia fiecărui foton, nevoie de mai mult de o valoare - v - frecvența luminii. constanta lui Planck , înmulțită cu frecvența, și ca rezultat obținut energia unui singur foton. Deoarece savantul german precis și corect fixat într - o formulă simplă, proprietățile cuantice ale luminii, care fusese anterior găsit de H. Hertz și desemnat ca efectul fotoelectric.

Descoperirea efectului fotoelectric

Așa cum am spus, omul de știință Genrih Gerts a fost primul care a atras atenția asupra proprietăților cuantice ale luminii nezamechaemye mai devreme. Efectul fotoelectric a fost descoperit în 1887 , când un om de știință alăturat iluminată o placă de zinc și o tijă a electrometru. În cazul în care placa vine la o sarcină pozitivă, electrometru nu este descărcată. În cazul în care o sarcină negativă este emisă, dispozitivul începe să se descarce, imediat ce placa scade cu raze ultraviolete. În timpul acestei experiență practică sa dovedit că placa este expusă la lumină poate radia sarcini electrice negative, care au primit mai târziu numele corespunzător - electroni.

Practic Stoletova experiență

Experimentele practice cu electroni efectuat cercetător rus Alexander Stoletov. Pentru experimentele sale , el a folosit un bec de sticlă cu vid și doi electrozi. Un electrod a fost utilizat pentru transmiterea puterii, iar a doua a fost iluminată, și a fost adus la polul negativ al bateriei. În timpul acestei operații, curentul începe să crească puterea, dar după un timp a devenit o constantă și direct proporțională cu radiația de lumină. Ca urmare, sa constatat că energia cinetică a electronilor precum și întârziind tensiunea nu depinde de puterea luminii. Dar creșterea frecvenței luminii face să crească această cifră.

noi proprietăți cuantice ale luminii: efectul fotoelectric și legile sale

În timpul dezvoltării lui Hertz teoria și practica Stoletov au fost retrase trei legi de bază, care, după cum sa dovedit, fotonii funcționează:

Мощность светового излучения, которое падает на поверхность тела, прямо пропорциональна силе тока насыщения. 1. Indicatorul luminos de alimentare care cade pe suprafața corpului este direct proporțională cu intensitatea curentului de saturație.

Мощность светового излучения никак не влияет кинетическую энергию фотоэлектронов, а вот частота света является причиной линейного роста последней. 2. Indicatorul de funcționare nu afectează energia cinetică a Photoelectron, dar frecvența luminii este cauza cea mai recentă creștere liniară.

Существует некая «красная граница фотоэффекта». 3. Există un fel de „marginea roșie a efectului fotoelectric.“ Linia de jos este că , dacă frecvența este mai mică decât lumina minimă indicator de frecvență pentru un anumit material, se observă efectul fotoelectric.

două teorii Dificultăți de coliziune

După formula derivată Max Planck, Science se confruntă cu o dilemă. val Anterior derivate și proprietățile cuantice ale luminii, care au fost deschise un pic mai târziu, nu ar putea exista în cadrul legilor general acceptate ale fizicii. În conformitate cu electromagnetică, vechea teorie, toate electronii ale corpului, care cade pe lumina ar trebui să intre în oscilație forțată la aceeași frecvență. Acest lucru ar genera o energie cinetică infinită , care este destul de imposibil. Mai mult decât atât, pentru acumularea de cantitatea necesară de odihnă ar rămâne energia de electroni este necesară pentru a putea zeci de minute, în timp ce efectul fotoelectric, în practică, nu există nici cea mai mică întârziere. În continuare confuzie a apărut , de asemenea , din faptul că energia fotoelectronilor nu depinde de puterea luminii. Mai mult decât atât, nu are marginea roșie a efectului fotoelectric, și nu a fost calculată proporțional cu frecvența electronului energia cinetică a luminii a fost deschis. Vechea teorie nu a putut explica în mod clar vizibile cu ochiul fenomenelor fizice, iar noi nu a fost încă pe deplin elaborat.

Raționalismul Alberta Eynshteyna

Numai în 1905, marele fizician Albert Einstein a arătat în practică și articulată în teorie, ceea ce este - adevărata natură a luminii. Și proprietățile de undă cuantice, deschise de două ipoteze opuse în părți egale inerente fotoni. Pentru a completa imaginea lipsea doar principiul discretă, și anume localizarea exactă a fotonilor în spațiu. Fiecare foton - o particulă care poate fi absorbită sau emisă ca un întreg. Electron „înghițirea“ foton activă crește taxa asupra valorii energiei absorbite de particule. Mai departe, in interiorul electronul fotocatodic se mută la suprafața sa, menținând în același timp o „doză dublă“ de energie, care producția este transformată în energie cinetică. În acest mod simplu, și efectul fotoelectric se realizează în care nici o reacție întârziată. La finisajul electronului produce un cuantic în sine, care cade pe suprafața corpului, radiant cu mai multă energie. Cu cât numărul de fotoni produse - mai puternic radiația, respectiv, și fluctuația undei de lumină crește.

Cele mai simple dispozitive, care se bazează pe principiul efectului fotoelectric

După descoperirile făcute de oamenii de știință germani de la începutul secolului al XX - lea, cererea devine in proprietatile cuantice ale luminii pentru fabricarea de diverse dispozitive. Invențiile, a căror funcționare este efectul fotoelectric, numite celule solare, cea mai simplă Reprezentantul care - vacuumul. Printre dezavantajele sale pot fi numite conductivitate de curent slab, sensibilitate scăzută la radiații val lung, motiv pentru care nu poate fi utilizat în circuite de curent alternativ. Dispozitivul de vid este utilizat pe scară largă în fotometrie, ele măsoară puterea de luminozitate și calitatea luminii. El joacă de asemenea un rol important în fototelefonah și în timpul redării audio.

Celulele fotovoltaice cu funcții de conducere

A fost destul de un alt tip de dispozitive, care se bazează pe proprietățile cuantice ale luminii. Scopul lor - pentru a schimba densitatea purtătoare. Acest fenomen este denumit uneori efectul fotoelectric intern, și este baza fotoconductori de operare. Aceste semiconductori joacă un rol foarte important în viața noastră de zi cu zi. Pentru prima dată au început să folosească mașinile retro. Apoi , acestea oferă funcționarea electronică și a bateriei. La mijlocul secolului al XX - lea a început să se aplice astfel de celule solare pentru construirea de nave spatiale. Până în prezent, datorită efectului fotoelectric intern funcționează turnicheŃi în metrou, calculatoare portabile și panouri solare.

reacții fotochimice

Lumina, natura care a fost doar parțial știință disponibil în secolul al XX - lea, de fapt, aceasta afectează procesele chimice și biologice. Sub influența debitului începe procesul cuantic disociere moleculară și fuziunea lor cu atomii. În știință, acest lucru este cunoscut sub numele de fotochimia, și în natura unuia dintre manifestările sale este fotosinteza. Aceasta se datorează proceselor valuri de lumină ale emisiei anumitor substanțe produse de celule în spațiul extracelular, prin care planta devine verde.

Afectează proprietățile cuantice ale luminii și a vederii umane. Obținerea pe retina, un foton declanșează procesul de descompunere a moleculelor proteice. Această informație este transportat de neuroni din creier, și după tratament, putem vedea toată lumina. moleculă de proteină Nightfall este restaurat și viziune este adaptată la noile condiții.

rezultate

Am aflat în cursul acestui articol, care este , în principal proprietățile cuantice ale luminii sunt prezentate într - un fenomen numit efectul fotoelectric. Fiecare foton are sarcină și masa sa, iar atunci când se confruntă cu un electron cade în ea. Quantum și electroni devin una, iar energia lor combinată este transformată în energie cinetică, care, strict vorbind, necesare pentru punerea în aplicare a efectului fotoelectric. Oscilația val astfel produs poate crește energia fotonica, dar numai într - o anumită măsură.

Efectul fotoelectric astăzi este o componentă esențială a celor mai multe tipuri de echipamente. Pe baza ei navele spațiale de construcții și sateliți, se dezvolta celule solare sunt folosite ca sursă de energie auxiliară. În plus, undele de lumină au un impact mare asupra proceselor chimice și biologice de pe Pământ. Cheltuiala de lumina soarelui ordinare plantele sunt verzi, atmosfera pământului este pictat paleta plin de culoare albastră, iar noi vedem lumea așa cum este.