Kvantefysikken: Quantum egenskapene til lys

Har du noen gang tenkt på hva som faktisk mange lyse fenomener? For eksempel, kan den fotoelektriske effekten, varmebølger, fotokjemiske prosesser og lignende, - alle Quantum egenskapene til lyset. Hvis de ikke hadde blitt oppdaget, ville forskere arbeider ikke har flyttet fra de døde punkt, faktisk, så vel som vitenskapelige og tekniske utvikling. Studere deres delen av kvante-optikk, som er uløselig knyttet til samme gren av fysikken.

Quantum egenskaper av lys: en definisjon

Inntil nylig, den klare og omfattende tolkning av dette optiske fenomenet ikke kunne gi. De er med hell brukt i vitenskap og hverdagsliv, på dette grunnlag å bygge ikke bare formelen, men hele problemet i fysikk. Formulere en endelig avgjørelse bare hentes fra moderne forskere som oppsummerte aktivitetene til sine forgjengere. Således er de quantum bølgers egenskaper av lys og - en konsekvens av funksjonene i sine emittere, hvormed atomer er elektroner. Quantum (eller foton) blir dannet på grunn av det faktum at et elektron beveger seg til lavere energinivå, og dermed generere de elektromagnetiske pulser.

De første optiske observasjoner

XIX столетии. Antakelsen om tilstedeværelse av kvantemekaniske egenskaper av lys dukket opp i XIX århundre. Forskere har oppdaget og flittig fenomener som diffraksjon, interferens og polarisering. Med deres hjelp, ble den elektromagnetiske bølgeteori av lys utledet. Det var basert på akselerasjon av bevegelsen av elektroner under svingninger av legemet. Som et resultat, varmer, etterfulgt av bølger av lys dukket opp bak ham. Førsteforfatter hypotese om dette emnet har dannet engelskmann D. Rayleigh. Han regnes som et system av stråle like og permanente bølger, og på en begrenset plass. Ifølge sine konklusjoner, med en reduksjon i deres utgangsbølgelengder bør øke kontinuerlig, dessuten nødvendig å ha ultrafiolett og røntgenstråler. I praksis har alt dette ikke blitt bekreftet, og det tok en annen teoretiker.

Plancks formel

XX века Макс Планк – физик немецкого происхождения – выдвинул интересную гипотезу. På begynnelsen av XX århundre Maks Plank - en tyskfødte fysikeren - har lagt frem en interessant hypotese. Ifølge henne, tillater utslipp og absorpsjon av lys ikke skje kontinuerlig, som tidligere antatt, og deler - kvanter, eller som de er kalt fotoner. h , и он был равен 6,63·10 ^-34 Дж·с. Plancks konstant ble innført - proporsjonalitetsfaktor representert ved bokstaven H, og det var lik 6,63 x 10 ^-34 J-s. v – частота света. For å beregne energien for hvert foton, trengte en mer verdi - v - frekvensen av lys. Plancks konstant multiplisert med frekvensen, og som et resultat oppnås at energien i et enkelt foton. Siden tyske forsker nøyaktig og korrekt festet i en enkel formel, kvante ved lys, som tidligere var blitt funnet av H. Hertz, og betegnes den som den fotoelektriske effekt.

Oppdagelsen av fotoelektrisk effekt

Som vi har sagt, forskeren Genrih Gerts var den første som trakk oppmerksomhet til de kvantemekaniske egenskaper av lys nezamechaemye tidligere. Den fotoelektriske effekten ble oppdaget i 1887 når en vitenskapsmann sluttet opplyst en sinkplate, og en stang av elektrometeret. I de tilfeller hvor platen kommer til en positiv ladning, er elektro ikke utladet. Hvis en negativ ladning kommer ut, begynner innretningen å slippe ut, så snart platen faller ultrafiolett stråling. I løpet av denne praktisk erfaring ble det påvist at platen utsettes for lys kan stråle negative elektriske ladninger, som senere mottok den riktige navn - elektroner.

Praktisk erfaring Stoletova

Praktiske eksperimenter med elektroner gjennomført russiske forskeren Alexander Stoletov. For hans eksperimenter han brukte et vakuum glass pære og to elektroder. En elektrode ble brukt for kraftoverføring, og den andre ble belyst, og den ble brakt til den negative pol på batteriet. Under denne operasjonen begynner strømmen å øke styrken, men etter en stund ble det en konstant og direkte proporsjonal med utstråling av lys. Som et resultat ble det funnet at den kinetiske energien til elektroner samt forsinke spenningen ikke er avhengig av kraften av lys. Men økningen i frekvensen av lys fører til å vokse dette tallet.

Nye kvantemekaniske egenskaper av lys: fotoelektrisk effekt og dets lover

Under utviklingen av Hertz teori og praksis Stoletov hadde blitt trukket tre grunnleggende lover, som, som det viste seg, fotoner fungerer:

Мощность светового излучения, которое падает на поверхность тела, прямо пропорциональна силе тока насыщения. 1. Strøm lys som faller inn på overflaten av legemet er direkte proporsjonal med styrken av metningsstrømmen.

Мощность светового излучения никак не влияет кинетическую энергию фотоэлектронов, а вот частота света является причиной линейного роста последней. 2. lampen påvirker ikke den kinetiske energien til fotoelektron, men frekvensen av lys er årsaken til den nyeste lineær vekst.

Существует некая «красная граница фотоэффекта». 3. Det er en slags "rød kant av fotoelektrisk effekt." Poenget er at hvis frekvensen er mindre enn den minimale frekvens indikatorlyset for et gitt materiale, er den fotoelektriske effekt som observeres.

to teorier kollisjons Vanskeligheter

Etter formel avledet Max Planck, Science overfor et dilemma. Tidligere avledet bølge, og kvantemekaniske egenskaper av lys, som var åpne litt senere, ikke kan eksistere innenfor rammen av allment aksepterte fysikkens lover. I samsvar med den elektromagnetiske, bør den gamle teorien, alle elektronene i kroppen, som faller på lyset kommer inn i tvungen svingning med samme frekvens. Dette vil generere en uendelig kinetisk energi som er helt umulig. Videre, for oppbygging av den nødvendige mengde av resten ville forbli den elektronenergi er nødvendig for å være i stand til titalls minutter, mens den fotoelektriske effekt, i praksis, er det ikke den minste forsinkelse. Ytterligere forvirring oppsto også fra det faktum at energien photoelectrons ikke avhengig av kraften av lys. Dessuten har ikke de røde kanten av fotoelektrisk effekt, og er ikke beregnet proporsjonal med frekvensen av elektronkinetiske energi til lys har blitt åpnet. Den gamle teorien kan ikke forklare tydelig synlig for øyet av fysiske fenomener, og den nye har ennå ikke fullt utarbeidet.

Rasjonalisme Alberta Eynshteyna

Bare i 1905, den store fysikeren Albert Einstein viste i praksis og artikulert i teorien, hva det er - den sanne natur av lys. Og kvante bølgers egenskaper, åpen ved to motstående hverandre hypoteser i like deler som er iboende i fotoner. For å komplettere bildet manglet bare prinsippet om discreteness, det vil si den nøyaktige plasseringen av fotoner i verdensrommet. Hver foton - en partikkel som kan absorberes eller slippes ut som en helhet. Elektron "svelge" innover foton øker ladningen på verdien av den energi som absorberes av partiklene. Videre, på innsiden av fotokatoden elektronet beveger seg til sin overflate, og samtidig opprettholde en "dobbel dose" av energi, hvilken utgang blir omformet til kinetisk energi. På denne enkle måte, og fotoelektrisk effekt blir utført hvor ingen forsinket reaksjon. På slutten av elektronet frembringer et kvantesprang i seg selv, som faller på overflaten av legemet, utstrålende med enda mer energi. Jo større antallet av fotoner som produseres - den mer kraftige stråling, henholdsvis, og fluktuasjonen av lysbølge vokser.

De enkleste enhetene, som er basert på prinsippet om fotoelektrisk effekt

Etter funn gjort av tyske forskere ved begynnelsen av det tjuende århundre, får anvendelse i de kvantemekaniske egenskaper av lys for produksjon av ulike enheter. Oppfinnelser, hvis drift er den fotoelektriske effekt, kalt solceller, den enkleste representant for hvilken - i vakuum. Blant ulempene kan kalles svak strømledningsevne, lav følsomhet for langbølget stråling, noe som er grunnen til at det ikke kan anvendes i vekselstrømkretser. Den vakuumanordning er mye brukt i fotometri, de måler styrken av lysstyrke og lys kvalitet. Han spiller også en viktig rolle i fototelefonah og under lydavspilling.

Fotoelektriske celler med ledningsfunksjoner

Det var litt av en annen type enheter, som er basert på kvantemekaniske egenskaper av lys. Deres formål - å endre transportøren tetthet. Dette fenomenet kalles den interne fotoelektrisk effekt, og det er grunnlaget for drift foto. Disse halvledere spiller en svært viktig rolle i vårt daglige liv. For første gang begynte de å bruke retro biler. Deretter gir de elektronikk og batteridrift. I midten av det tjuende århundre begynte å anvende slike solceller for å bygge romskip. Inntil nå, på grunn av den interne fotoelektrisk effekt operere turnstiles i undergrunnen, bærbare kalkulatorer og solcellepaneler.

fotokjemiske reaksjoner

Lys, natur som bare var delvis tilgjengelig vitenskap i det tjuende århundre, faktisk, det påvirker de kjemiske og biologiske prosesser. Under påvirkning av strømningen begynner quantum molekylær dissosiasjon prosess og deres fusjon med atomene. I Science, dette er kjent som fotokjemi, og i naturen av en av dens manifestasjoner er fotosyntese. Det er på grunn av lysbølger prosesser for utslipp av bestemte stoffer produsert av cellene til det ekstracellulære rom, hvorved anlegget blir grønn.

Påvirke kvantemekaniske egenskaper av lys og menneskelig visjon. Får på netthinnen, utløser et foton prosessen med spalting av proteinmolekyler. Denne informasjonen blir transportert av nerveceller i hjernen, og etter behandling, kan vi alle se lyset. Nightproteinmolekylet er gjenopprettet og visjon er tilpasset til de nye forhold.

resultater

Vi fant ut i løpet av denne artikkelen, som er i hovedsak de kvantemekaniske egenskaper av lys vises i et fenomen som kalles fotoelektrisk effekt. Hver foton har sin ladning og masse, og når konfrontert med et elektron faller inn i den. Quantum og elektron bli en, og deres kombinerte energi blir omdannet til kinetisk energi, som strengt tatt er nødvendig for gjennomføring av den fotoelektriske effekt. Bølge svingning således fremstilte kan øke fotonenergi, men bare til en viss grad.

Fotoelektrisk effekt i dag er en viktig komponent i de fleste typer utstyr. På sin basis bygge romskip og satellitter, utvikle solceller brukes som en kilde for hjelpeenergi. I tillegg lysbølgene har en stor innvirkning på de kjemiske og biologiske prosesser på Jorden. Bekostning av vanlig sollys plantene er grønt, er jordens atmosfære malt hele paletten av blått, og vi ser verden som den er.