Kvantu fizika: kvantu īpašības gaismas

Vai esat kādreiz domājuši par to, kas ir patiesībā daudzos gaismas parādības? Piemēram, veikt fotoelektrisks efektu, karstuma viļņi, fotoķīmisko un tamlīdzīgi - visi kvantu īpašības gaismas. Ja tie netika atklāti, zinātnieki darbi nebūtu pārcelts no mirušiem punkta, patiesībā, kā arī zinātnes un tehnikas attīstību. Pētīt to sekciju kvantu optikas, kas ir nesaraujami saistītas ar to pašu filiālē fizikā.

Quantum īpašības gaismas: definīcija

Vēl nesen skaidru un visaptverošu interpretāciju šīs optiskās parādības nevarēja sniegt. Tos veiksmīgi izmanto zinātnē un ikdienas dzīvi, pamatojoties uz to, lai veidotu ne tikai formulas, bet visa problēma fizikā. Formulēt galīgais lēmums var iegūt tikai no mūsdienu zinātnieki, kas īsumā darbību tās priekštecēm. Tādējādi, kvantu viļņu īpašības gaismas un - sekas iezīmēm tās starojuma avotiem, līdz ar to atomi ir elektroni. Quantum (vai fotonu) veidojas sakarā ar to, ka elektronu pārceļas uz zemāku enerģijas līmeni, tādējādi radot elektromagnētiskā impulsus.

Pirmie optiskie novērojumi

XIX столетии. Pieņēmums par klātbūtni kvantu īpašības gaismas parādījās XIX gadsimtā. Zinātnieki ir atklājuši, un cītīgi parādības, piemēram, difrakcijas, iejaukšanos un polarizācija. Ar viņu palīdzību, elektromagnētisko viļņu teorija gaismas tika iegūta. Tā tika balstīta uz paātrinājumu no kustības elektronu svārstības ķermeņa laikā. Tā rezultātā uzkarst, seko viļņi gaismas parādījās aiz viņa. Pirmā autora hipotēze par šo tēmu ir izveidota anglis D. Rayleigh. Viņš tiek uzskatīts par sistēmas radiācijas vienādu un pastāvīgu viļņiem, un slēgtās telpās. Saskaņā ar saviem secinājumiem, ar samazinājumu savās izejas viļņu garumā, būtu nepārtraukti palielinās, turklāt nepieciešams, lai būtu ultravioleto un x-stariem. Praksē, tas viss nav apstiprināts, un tas bija vēl viens teorētiķis.

Planck 's formula

XX века Макс Планк – физик немецкого происхождения – выдвинул интересную гипотезу. Sākumā XX gadsimta Maks Plank - vācu dzimis fiziķis - ir izvirzījusi interesantu hipotēzi. Saskaņā ar viņu, emisijas un absorbcijas gaismas nenotiek nepārtraukti, kā uzskatīts iepriekš, un porcijas - Quanta, vai kā tos sauc fotoniem. h , и он был равен 6,63·10 ^-34 Дж·с. Planka konstantes tika ieviests - Proporcionalitātes koeficientu, ko pārstāv burtu h, un tas bija vienāds ar 6.63 × 10 ^-34 J · s. v – частота света. Lai aprēķinātu enerģijas katras fotonus, vajadzēja vēl vienu vērtību - v - biežumu gaismas. Planka konstantes reizināta ar frekvenci, kā rezultātā iegūst enerģiju no viena fotonu. Tā kā vācu zinātnieks precīzi un pareizi nodrošinātas vienkāršas formulas, kvantu īpašības gaismas, kas iepriekš bija atrast, H. Hertz, un noteikt to kā fotoelektrisks efektu.

Atklājums Fotoelektriskā efektu

Kā jau esam teikuši, zinātnieks Genrih Gerts bija pirmais, kurš vērsa uzmanību uz kvantu īpašības gaismas nezamechaemye agrāk. Fotoelektrisks efekts tika atklāts 1887, kad zinātnieks iestājās izgaismota cinka plāksnes un stieni Elektrometram. Gadījumā, kad plate nāk ar pozitīvu lādiņu, tad elektrometrs netiek atbrīvots. Ja negatīvs lādiņš tiek emitēts, ierīce sāk pildīt, tiklīdz plāksne ietilpst ultravioleto staru. Šajā praktisku pieredzi, tika pierādīts, ka plāksne ir pakļauts gaismas var izstarot negatīvu elektrisko izmaksas, kas vēlāk saņemtos atbilstošu nosaukumu - elektroniem.

Praktiskā pieredze Stoletova

Praktiskie eksperimenti ar elektroniem notiek krievu pētnieku Aleksandrs Stoletov. Par viņa eksperimentos viņš izmantoja vakuuma stikla spuldzes un divi elektrodi. Viens elektrods tika izmantots elektroenerģijas pārvades, un otrs ir apgaismota, un par to tika negatīvā pola uz akumulatoru. Šīs darbības laikā, pašreizējais sāk palielinātu izturību, bet pēc kāda laika tā kļuva pastāvīgs un ir tieši proporcionāla starojuma gaismas. Tā rezultātā tika konstatēts, ka kinētiskā enerģija elektroniem, kā arī aizkavē spriegumu, nav atkarīgs no jaudas gaismas. Bet pieaugums biežumu gaismas liek augt šo skaitli.

Jaunas quantum īpašības gaismas: fotoelektrisks iedarbība un tās likumi

attīstību Hertz teorija un prakse Stoletov gaitā tika atsaukti trīs galvenos likumus, kas, kā izrādījās, fotoni ir funkcionējoša:

Мощность светового излучения, которое падает на поверхность тела, прямо пропорциональна силе тока насыщения. 1. Strāvas indikators, kas krīt uz virsmas ķermeņa ir tieši proporcionāls spēku piesātinājuma strāvu.

Мощность светового излучения никак не влияет кинетическую энергию фотоэлектронов, а вот частота света является причиной линейного роста последней. 2. Strāvas indikators neietekmē kinētisko enerģiju photoelectron, bet biežums gaismas ir iemesls jaunāko lineāro pieaugumu.

Существует некая «красная граница фотоэффекта». 3. Ir sava veida "sarkanā malas fotoelektrisks efektu." Apakšējā līnija ir, ka, ja frekvence ir mazāka par minimālo biežumu indikatora par konkrētā materiāla, tiek novērota fotoelektrisks efekts.

divas teorijas sadursmes Grūtības

Pēc tam, kad formula atvasināts Max Planck, Science saskaras ar dilemmu. Iepriekš iegūtas vilnis, un kvantu īpašības gaismas, kas bija atvērtas mazliet vēlāk, nevar pastāvēt ietvaros vispārpieņemtajiem fizikas likumiem. Saskaņā ar elektromagnētisko, veco teoriju, visi elektroni ķermeņa, kas attiecas uz gaismu būtu jāstājas piespiedu svārstības tajā pašā frekvencē. Tas rada bezgalīgu kinētisko enerģiju, kas ir diezgan neiespējami. Turklāt, uzkrāšanai nepieciešamo summu atpūtas paliktu elektronu enerģija ir nepieciešama, lai varētu desmitiem minūtēm, bet fotoelektrisks efektu, praksē nav mazākās kavēšanās. Vēl apjukums radās arī no tā, ka enerģija fotoelektronus nav atkarīgs no jaudas gaismas. Turklāt, ir ne sarkano malu fotoelektrisks efektu, un netika aprēķināta proporcionāli biežumu elektronu kinētisko enerģiju gaismas ir atvērts. Vecais teorija nevar izskaidrot skaidri redzams acs fiziskās parādības, un jaunais vēl nav pilnībā izstrādāta.

Racionālisms Alberta Eynshteyna

Tikai 1905. gadā, liels fiziķis Alberts Einšteins parādīja praksē un šarnīrveida teorētiski, kas tas ir - patiesā būtība gaismas. Un kvantu viļņu īpašības, atvērt divas viena otrai pretī hipotēzēm vienādās daļās piemītošajiem fotonu. Lai pabeigtu attēlu trūka tikai par nošķiršanas principu, ti, precīzu atrašanās vietu fotonu telpā. Katrs fotonu - daļiņa, kas var absorbēt vai emitēts kopumā. Electron "rīšana" iekšu fotonu palielina maksu par vērtību absorbētās enerģijas daļiņas. Turklāt, iekšpusē fotokatoda elektronu pārceļas uz tās virsmas, saglabājot "dubultu devu" enerģijas, kuras produkcija tiek pārvērsta kinētiskajā enerģijā. Šādā vienkāršā veidā, un fotoelektriskie efekts tiek veikta kuras nav aizkavētu reakcijas. Pēc finiša elektrona rada kvantu pats, kas krīt uz virsmas ķermeņa izstaro ar vēl lielāku enerģiju. Jo lielāks skaits fotoniem, kas ražoti - spēcīgāks starojums, attiecīgi, un svārstības no gaismas viļņa aug.

Vienkāršākais ierīces, kas ir balstīti uz fotošūnu spēkā princips

Pēc atklājumu vācu zinātnieki sākumā divdesmitajā gadsimtā, pieteikums nonāk kvantu īpašības gaismas izgatavošanai dažādām ierīcēm. Izgudrojumi, kuru darbība ir fotoelektrisks efekts, ko sauc par saules baterijas, vienkāršākais pārstāvis un kura - vakuumu. Starp tās trūkumus var saukt vāja strāva vadāmība, zems jutīgums pret garo viļņu starojums, kas ir iemesls, kāpēc to nevar izmantot maiņstrāvas ķēdēm. Vakuuma ierīce tiek plaši izmantota fotometrijas, viņi novērtētu stiprumu spilgtuma un gaismas kvalitāti. Viņš arī spēlē nozīmīgu lomu fototelefonah un audio atskaņošanas laikā.

Fotoelementus ar vadīšanas funkcijām

Tas bija pavisam cita veida ierīces, kas balstīti uz kvantu īpašībām gaismas. To mērķis - lai mainītu pārvadātājs blīvumu. Šī parādība ir dažreiz sauc par iekšējo fotoelektrisks efektu, un tas ir pamats darbības photoconductors. Šīs pusvadītāji spēlē ļoti nozīmīgu lomu mūsu ikdienas dzīvē. Pirmo reizi viņi sāka izmantot retro automašīnas. Tad tie nodrošina elektronikas un akumulatora darbību. In vidū divdesmitā gadsimta sāka piemērot šādus saules šūnas ēku spaceships. Līdz šim, pateicoties iekšējam fotoelektrisks efekts darbojas turniketi metro, pārnēsājamās kalkulatori un saules paneļiem.

fotoķīmisko reakciju

Gaismu, kura būtība ir tikai daļēji pieejami zinātnes divdesmitajā gadsimtā, patiesībā, tas ietekmē ķīmiskos un bioloģiskos procesus. Reibumā plūsmas sāk kvantu molekulāro disociāciju procesu un to apvienošanos ar atomiem. Zinātnē, tas ir pazīstams kā fotoķīmijas un rakstura viens no tās izpausmēm ir fotosintēze. Tas ir saistīts ar gaismas viļņu procesiem emisijas dažu vielu, ko šūnās ekstracelulārā telpā, kurā iekārta kļūst zaļš.

Ietekmē kvantu īpašības gaismas un cilvēku redzējumu. Kļūst par tīklenes, fotons izraisa sadalīšanās process proteīna molekulām. Šī informācija tiek transportēts ar neironiem smadzenēs, un pēc ārstēšanas, mēs visi varam redzēt gaismu. Krēsla olbaltumvielu molekula atjaunota un vīzija ir izmitināti jaunajiem apstākļiem.

rezultāti

Mēs noskaidrojām gaitā šo rakstu, kas ir galvenokārt kvantu īpašības gaismas tiek parādīti fenomenu sauc fotoelektrisks efekts. Katram fotonu ir uzlādēts un masu, un, sastopoties ar elektronu ietilpst tajā. Kvantu un elektronu kļūt par vienu, un to kopējais enerģija tiek pārvērsta kinētiskajā enerģijā, kas, strikti runājot, kas nepieciešami, lai īstenotu fotoelektrisks efektu. Šādi ražots vilnis svārstības var palielināt fotonu enerģiju, bet tikai uz noteiktu pasākumu.

Optiskais efekts šodien ir būtiska sastāvdaļa visvairāk veidu aprīkojumu. Uz tās pamata celtniecības kosmosa kuģi un satelīti, attīstīt saules baterijas tiek izmantotas kā avots papildu enerģiju. Turklāt gaismas viļņiem ir liela ietekme uz ķīmiskajiem un bioloģiskajiem procesiem uz Zemes. No parastās saules gaismas izdevumi augi ir zaļā krāsā, Zemes atmosfēra ir krāsotas pilnu paleti no zila, un mēs redzam pasauli, kāda tā ir.