Kvantfysik: de kvantmekaniska egenskaper av ljus

Har du någonsin tänkt på vad som utgör i själva verket många ljusfenomen? Till exempel ta den fotoelektriska effekten, värmeböljor, fotokemiska processer, och så vidare - allt detta kvantmekaniska egenskaper av ljus. Om de inte hade upptäckts, skulle vetenskapsmän verk inte har flyttat från de döda punkten, i själva verket, liksom vetenskapliga och tekniska framsteg. Studera deras sektion av kvantoptik, som är oupplösligt kopplade med samma gren av fysiken.

Kvant ljusets egenskaper: en definition

Fram till nyligen, tydlig och omfattande tolkning av detta optiska fenomen inte kunde ge. De framgångsrikt använts inom vetenskap och vardag, på grundval av detta för att bygga inte bara formel utan hela problemet i fysik. Formulera ett slutgiltigt beslut endast erhållas från moderna forskare som sammanfattade verksamhet sina föregångare. Sålunda, kvant vågegenskaperna av ljus och - en konsekvens av funktionerna i sina emittrar, huru atomer är elektroner. Quantum (eller foton) bildas på grund av det faktum att en elektron rör sig för att sänka energinivån, vilket genererar de elektromagnetiska pulserna.

De första optiska observationer

XIX столетии. Antagandet om närvaron av de kvantmekaniska egenskaper av ljus dök upp i det nittonde århundradet. Forskare har upptäckt och flitigt fenomen såsom diffraktion, interferens och polarisation. Med deras hjälp, var elektromagnetiska vågor teorin om ljus härledas. Den baserades på accelerationen av rörelsen av elektroner under svängningar i kroppen. Som ett resultat, värmer, följt av ljusvågor visas bakom den. Den första författarens hypotes om detta ämne har bildat engelsmannen D. Rayleigh. Han betraktas som ett system av strålnings lika och permanenta vågor, och i ett begränsat utrymme. Enligt sina slutsatser med en minskning i sina utgångsvåglängder bör öka kontinuerligt dessutom måste ha ultraviolett och röntgenstrålning. I praktiken har allt detta inte bekräftats, och det tog en annan teoretiker.

Plancks formel

XX века Макс Планк – физик немецкого происхождения – выдвинул интересную гипотезу. I början av XX-talet Maks Plank - en tyskfödd fysiker - har lagt fram en intressant hypotes. Enligt henne, inte emission och absorption av ljus inte ske kontinuerligt, som man tidigare trott, och delar - kvantum, eller som de kallas fotoner. h , и он был равен 6,63·10 ^-34 Дж·с. Plancks konstant infördes - proportionalitetsfaktor representeras av bokstaven h, och det var lika med 6,63 x 10 ^-34 J-s. v – частота света. För att beräkna energin hos varje foton, behövs en mer värde - v - frekvensen av ljus. Plancks konstant multiplicerad med frekvensen, och som ett resultat erhålls energin hos en enda foton. Eftersom tysk forskare exakt och korrekt fastspända i en enkel formel, de kvantmekaniska egenskaper av ljus, som tidigare hade hittats av H. Hertz, och betecknades den som den fotoelektriska effekten.

Upptäckten av den fotoelektriska effekten

Som vi har sagt, vetenskapsmannen Genrih Gerts var den första som uppmärksammade den kvantmekaniska egenskaper ljus nezamechaemye tidigare. Den fotoelektriska effekten upptäcktes 1887 när en vetenskapsman fogade belyst en zinkplatta och en stav av elektrometern. I fallet där plattan kommer till en positiv laddning, är elektro inte ut. Om en negativ laddning avges, börjar anordningen att urladda, så snart som plattan faller ultraviolett stråle. Under denna praktisk erfarenhet det bevisades att plattan utsätts för ljus kan stråla negativa elektriska laddningar, som senare fått passande namn - elektroner.

Praktisk erfarenhet Stoletova

Praktiska experiment med elektroner genomfört ryska forskare Alexander Stoletov. För sina experiment använde han en vakuumglaskolv och två elektroder. En elektrod användes för kraftöverföring, och den andra var upplyst, och det togs till den negativa polen på batteriet. Under denna operation börjar strömmen att öka styrkan, men efter ett tag blev det en konstant och direkt proportionell mot strålning av ljus. Som ett resultat, visade det sig att den kinetiska energin av elektroner samt fördröjning av spänningen inte är beroende på strömmen av ljus. Men den ökade frekvensen av ljus orsakar att odla denna siffra.

Nya kvant egenskaper av ljus: den fotoelektriska effekten och dess lagar

Under utvecklingen av Hertz teori och praktik Stoletov hade dragits tillbaka tre grundläggande lagar, som det visade sig, fotoner fungerar:

Мощность светового излучения, которое падает на поверхность тела, прямо пропорциональна силе тока насыщения. 1. Ström ljus som faller på ytan av kroppen är direkt proportionell mot styrkan hos mättnadsströmmen.

Мощность светового излучения никак не влияет кинетическую энергию фотоэлектронов, а вот частота света является причиной линейного роста последней. 2. Ström ljus påverkar inte den kinetiska energin hos fotoelektron, men frekvensen av ljus är orsaken till den senaste linjär tillväxt.

Существует некая «красная граница фотоэффекта». 3. Det finns en slags "röd kant av fotoelektriska effekten." Kärnpunkten är att om frekvensen är mindre än den minsta indikatorfrekvens ljus för ett givet material, är den fotoelektriska effekten observeras.

två teorier kollisionsProblem

Efter formel härledd Max Planck, Science inför ett dilemma. Tidigare härledd våg, och kvantmekaniska egenskaper av ljus, som var öppna lite senare, kunde inte existera inom ramen för de allmänt accepterade fysikens lagar. I enlighet med den elektromagnetiska bör den gamla teorin, alla elektroner i kroppen, som faller på ljuset komma i påtvingad svängning med samma frekvens. Detta skulle ge ett oändligt kinetisk energi som är helt omöjligt. Dessutom för ackumulering av den erforderliga mängden av resten skulle förbli elektronenergin är nödvändig för att kunna tiotals minuter, medan den fotoelektriska effekten, i praktiken, det finns inte den minsta fördröjningen. Ytterligare förvirring uppstod också av det faktum att energin i fotoelektroner inte beror på strömmen av ljus. Dessutom har inte den röda kanten av den fotoelektriska effekten, och inte beräknade proportionell mot frekvensen av elektron kinetiska energin hos ljuset har öppnats. Den gamla teorin kunde inte förklara tydligt synliga för ögat av fysiska fenomen, och den nya har ännu inte fungerat fullt ut.

Rationalism Alberta Eynshteyna

Endast i 1905, den stora fysikern Albert Einstein visade i praktiken och ledade i teorin, vad det är - den sanna naturen av ljus. Och kvant vågegenskaperna, öppna av två motsatta varandra hypoteser i lika delar som är förbundna med fotoner. För att komplettera bilden saknade bara principen om discreteness, det vill säga den exakta platsen för fotoner i rymden. Varje foton - en partikel som kan absorberas eller avges som en helhet. Elektron "svälja" inåt foton ökar dess laddning på värdet av den energi som absorberas av partiklarna. Vidare, inne i fotokatoden elektron rör sig till dess yta, under det att en "dubbel dos" av energi, vilken utgång omvandlas till kinetisk energi upprätthålla. På detta enkla sätt, och fotoelektriska effekten utförs i vilken ingen fördröjd reaktion. Vid målet av elektron producerar en kvant själv, som faller på ytan av kroppen, som strålar med ännu mer energi. Ju större antal fotoner producerade - den mer kraftfulla strålning, respektive, och fluktuationen av ljusvågen växer.

De enklaste enheter, som bygger på principen om den fotoelektriska effekten

Efter de upptäckter som gjorts av tyska forskare i början av det tjugonde århundradet, får programmet i de kvantmekaniska egenskaper av ljus för tillverkning av olika anordningar. Uppfinningar, vars drift är den fotoelektriska effekten, som kallas solceller, den enklaste representativa av vilka - vakuumet. Bland sina nackdelar kan kallas svaga strömledningsförmåga, låg känslighet för långvågig strålning, vilket är varför den inte kan användas i växelströmskretsar. Vakuumanordningen används ofta i fotometri, mäter de styrkan i ljusstyrka och ljuskvalitet. Han spelar också en viktig roll i fototelefonah och under ljuduppspelning.

Fotoelektromotoriska celler med ledningsfunktioner

Det var en helt annan typ av anordningar, som är baserade på de kvantmekaniska egenskaper av ljus. Deras syfte - att ändra transportören densitet. Detta fenomen kallas ibland interna fotoelektriska effekten, och det är grunden för drift foto. Dessa halvledare spelar en mycket viktig roll i vårt dagliga liv. För första gången började de använda retro bilar. Sedan ger elektronik och batteridrift. I mitten av nittonhundratalet började tillämpa sådana solceller för att bygga rymdskepp. Fram till nu, på grund av interna fotoelektriska effekten driva vändkors i tunnelbanan, bärbara räknare och solpaneler.

fotokemiska reaktioner

Ljus, vars natur var endast delvis tillgängliga vetenskap i det tjugonde århundradet, i själva verket påverkar det kemiska och biologiska processer. Under inverkan av flödet börjar kvantmolekyl dissociation process och sammanslagningen med atomerna. Inom vetenskapen, kallas detta foto och i naturen av en av dess yttringar är fotosyntesen. Det beror på ljusvågor processer av utsläpp av vissa ämnen som produceras av celler in i det extracellulära utrymmet, varigenom anläggningen blir grön.

Påverkar de kvantmekaniska egenskaper av ljus och mänskliga ögat. Få på näthinnan, utlöser en foton processen för nedbrytning av proteinmolekyler. Denna information transporteras av nervceller i hjärnan, och efter behandling, kan vi alla se ljuset. Nightfall proteinmolekyl är återställd och vision ryms till de nya förutsättningarna.

resultat

Vi funnit under loppet av denna artikel, som är huvudsakligen kvant ljusets egenskaper är visade i ett fenomen som kallas den fotoelektriska effekten. Varje foton har sin laddning och massa, och när de konfronteras med en elektron faller in i den. Quantum och elektron blir en, och deras sammanlagda energi omvandlas till kinetisk energi, som strängt taget nödvändigt för genomförandet av den fotoelektriska effekten. Vågen svängning så framställda kan öka fotonenergin, men bara till en viss åtgärd.

Fotoelektriska effekten i dag är en viktig del av de flesta typer av utrustning. På sin grund bygg rymdskepp och satelliter, utveckla solceller används som en källa till extra energi. Dessutom ljusvågor har en stor inverkan på de kemiska och biologiska processer på jorden. Bekostnad av vanliga solljus växterna är gröna, är jordens atmosfär målade hela palett av blått, och vi ser världen som den är.