Kuantum fiziği: ışığın kuantum özellikleri

Hiç aslında birçok ışık fenomen içinde nelerin düşündünüz mü? Örneğin, fotoelektrik etkiyi, ısı dalgaları, fotokimyasal süreçler ve benzeri almak - ışığın tüm kuantum özelliklerini. onlar keşfedilmiştir olmasaydı, bilim adamları eserler aslında, ölü noktadan hareket yanı sıra bilimsel ve teknik ilerleme olmazdı. ayrılmaz fizik aynı daldan ile bağlantılıdır kuantum optiği, kendi bölümünü inceleyin.

Işığın kuantum özellikleri: bir tanım

Yakın zamana kadar, bu açık ve kapsamlı yorumlama optik fenomen veremedim. Onlar başarıyla formülü ama fizikte bütün sorunu sadece inşa etmek bu temelde, bilim ve günlük yaşamda kullanılmaktadır. son bir belirleme yalnızca kendinden önceki faaliyetlerini özetledi Modern bilim adamları elde edilebilir formüle. Böylece, ışık kuantum dalga özellikleri ve - bunun yayıcıları özelliklerinin bir sonucu olarak, ne ile atomuna elektronlar bulunmaktadır. Kuantum (veya foton) bağlı bir elektron bu şekilde, elektro-manyetik darbeleri üreten enerji seviyesini düşürmek için hareket gerçeğine oluşturulur.

İlk optik gözlemler

XIX столетии. Işığın kuantum özelliklerinin varlığı hakkında varsayım XIX yüzyılda ortaya çıktı. Bilim adamları keşfedilmiş ve özenle difraksiyon, parazit ve polarizasyon gibi fenomeni var. bunların yardımıyla, ışık elektromanyetik dalga teorisi elde edilmiştir. Vücudun salınımlar esnasında elektron hareketinin hızlanması dayanıyordu. Sonuç olarak, ışık dalgaları izledi ısıtır, arkasından çıktı. Bu konudaki ilk yazarın hipotezi İngiliz D. Rayleigh oluşturmuştur. Radyasyon eşit ve kalıcı dalgaların bir sistem olarak kabul edilir ve kapalı bir alanda olduğu. Onların çıkış dalga boylarında bir azalma sürekli artmalıdır ile sonuçlara göre, üstelik, ultraviyole ve röntgen sahip olmaları gerekmektedir. Uygulamada, tüm bu teyit ve başka teorisyeni aldı edilmemiştir.

Planck'ın formülü

XX века Макс Планк – физик немецкого происхождения – выдвинул интересную гипотезу. Alman asıllı fizikçi - - XX yüzyılın Maks Plank başında ilginç bir hipotezi ortaya koydu. Ona göre, emisyon ve ışık absorpsiyonu, daha önce düşünüldüğü gibi, sürekli oluşmaz ve bölümleri - Kuantum ya da foton adı gibidir. h , и он был равен 6,63·10 ^-34 Дж·с. H harfi ile temsil edilen katsayıdır ve 6.63 x 10 ^-34 J-s eşit - Planck sabitesi tanıtıldı. v – частота света. v - - ışığın frekansını, her fotonun enerji hesaplamak amacıyla, bir daha fazla değer gereklidir. Planck sabitesi frekansı ile çarpılır ve bir sonuç olarak, tek foton enerjisi elde edilmiştir. Alman bilim ve doğru olarak basit bir formül, daha önce H. Hertz bulunduğunu ışık kuantum özellikleri tespit edilir ve fotoelektrik etkisi olarak adlandırılan bu yana.

fotoelektrik etki keşfi

Dediğimiz gibi, bilim adamı Genrih Gerts ışık nezamechaemye önceki kuantum özelliklerine dikkat çekti kim birinci oldu. bir bilim adamı, bir çinko plakası ve elektrometrenin bir çubuk ışıklı katıldı fotoelektrik etki 1887'de keşfedilmiştir. plaka pozitif yüklü geliyor durumda, elektrometre şarjı azalmaz. bir negatif yük yayılan, cihaz en kısa sürede plaka ultraviyole ışın düştükçe, deşarj olmaya başlar. elektronları - Bu Sırasında uygulamalı deneyime ışığa maruz plaka daha sonra uygun bir ad almış negatif elektrik yükleri, yayabilir olduğu kanıtlandı.

Pratik deneyim Stoletova

elektronlarla Pratik deneyler Rus araştırmacı Alexander Stoletov gerçekleştirdi. Onun deneyler için o bir vakum cam ampul ve iki elektrot kullanılır. Bir elektrot, bir güç iletimi için kullanılan, ve ikinci aydınlatılmıştır ve pilin negatif kutup getirildi. Bu işlem sırasında, akım gücünü artırmak için başlar, ama bir süre sonra o sabit ve ışık radyasyonu ile doğru orantılıdır bir hale geldi. Sonuç olarak, bu kinetik elektronların enerji gibi gerilim geciktirerek olarak ışığın gücüne bağlı değildir bulunmuştur. Ama ışığın frekansındaki artış bu rakamı büyümesine neden olur.

Işığın Yeni kuantum özellikleri: fotoelektrik etki ve kanunları

Hertz'in teori ve pratik Stoletov geliştirilmesi sırasında ortaya çıktı gibi, fotonlar olarak faaliyete geçmemiştir, üç temel yasaları, iptal edilmişti:

Мощность светового излучения, которое падает на поверхность тела, прямо пропорциональна силе тока насыщения. vücut yüzeyinde düşen 1. Güç ışığı doyma akımı kuvveti ile doğrudan orantılıdır.

Мощность светового излучения никак не влияет кинетическую энергию фотоэлектронов, а вот частота света является причиной линейного роста последней. 2. Güç ışığı fotoelektronun kinetik enerjisini etkilemez, ancak ışığın frekansı son doğrusal büyüme nedenidir.

Существует некая «красная граница фотоэффекта». 3. bir tür var "fotoelektrik etki kırmızı kenarına." alt çizgi frekans belli bir malzeme için minimum frekans gösterge ışığı daha az ise, fotoelektrik etki gözlemlenmiştir olmasıdır.

İki teori çarpışma zorluklar

Formül Max Planck türetilmiş sonra, Science bir ikilem ile karşı karşıya kalmıştır. Bir süre sonra açık önce elde edilen dalga, ve ışık kuantum özellikleri, fizik genel olarak kabul edilen kanunlar çerçevesinde mevcut olabilir. Elektromanyetik uyarınca, ışık üzerine düşer eski teori, vücudun bütün elektronlar, aynı frekansta zorla salınım haline gelmelidir. Bu kesinlikle mümkün değildir sonsuz kinetik enerji üretecektir. fotoelektrik etki, uygulamada, en ufak bir gecikme olmaz ise Üstelik elektron enerjisi kalacağını kalanı gereken miktarda birikmesi için, dakika onlarca edebilmek için gereklidir. Daha karışıklık Fotoelektronların enerji ışık gücüne bağlı değildir olmasından da ortaya çıktı. Ayrıca, fotoelektrik etkinin kırmızı kenarına değil sahiptir ve açılmış ışık Elektron kinetik enerjisi frekansına orantılı hesaplanmamıştır. Eski teori fiziksel fenomenlerin gözle açıkça görülebilir açıklamak olamazdı ve yeni henüz tam çalışmadığı anlamına gelir.

Rasyonalizm Alberta Eynshteyna

Sadece 1905 yılında, büyük fizikçi Albert Einstein pratikte gösterdi ve ne teoride belden - ışığın gerçek doğası. Ve foton özgü eşit olarak birbirine hipotez iki karşılıklı açık kuantum dalga özellikleri,. resim uzayda foton tam yerini yani belirsizlik akımına sadece prensibini yoksun tamamlayın. Her bir foton - absorbe edilir ya da bir bütün olarak yayılabilir bir parçacık. Elektron içe foton partiküller tarafından abzorbe edilen enerji değeri üzerindeki yükü artırır "yutma". kinetik enerjiye dönüşür çıkış enerji, bir "çift doz" muhafaza ederken, daha fazla iç fotokatot elektron yüzeyine hareket eder. Bu basit bir şekilde ve fotoelektrik etki olan bir gecikmiş reaksiyonu gerçekleştirilir. Elektronun bitiş de daha fazla enerji yayan, gövdenin yüzeyi üzerine düşen bir kuantum kendisi üretir. üretilen foton daha fazla sayıda -, sırasıyla daha güçlü radyasyon ve ışık dalgası dalgalanma büyür.

fotoelektrik etki prensibine dayanır basit cihazlar,

Yirminci yüzyılın başında Alman bilim adamları tarafından yapılan buluşlar sonra, uygulama çeşitli cihazlar üretimi için ışığın kuantum özelliklerinin içine alır. güneş hücreleri olarak adlandırılan olan işlem fotoelektrik etkisi Buluş,, en basit temsil - Vakum. onun dezavantajları zayıf akım iletkenliği, uzun dalga radyasyon düşük hassasiyet, çağrılabilir arasında AC devrelerinde kullanılamaz neden olan. Vakum cihazı yaygın fotometri kullanılır, bunlar parlaklık ve ışık kalitesi gücünü ölçer. O da fototelefonah ve ses oynatma sırasında önemli bir rol oynar.

iletim işlevleri ile Fotovoltaik hücreler

Bu ışığın kuantum özelliklerine dayanan cihazların oldukça farklı tip oldu. Bunların amacı - taşıyıcı yoğunluğunu değiştirmek için. Bu olgu bazen iç fotoelektrik etkiyi denir ve bu operasyon fotokondüktörlerin temelidir. Bu yarı iletkenler günlük hayatımızda çok önemli bir rol oynamaktadır. İlk defa onlar Retro araba kullanmaya başladı. Sonra elektronik ve batarya çalışmasını sağlamaktadır. Yirminci yüzyılın ortalarında uzay oluşturmak için böyle güneş pilleri uygulamaya başladı. Şimdiye kadar, bağlı iç fotoelektrik etkisine metro, taşınabilir hesap makineleri ve güneş panellerinde turnikeler çalışır.

fotokimyasal reaksiyonlar

Işık, doğası yirminci yüzyılda sadece kısmen mevcut bilim oldu, aslında, kimyasal ve biyolojik süreçleri etkiler. akış etkisi altında kuantum moleküler ayrılma süreci ve atomu ile birleşmesi başlar. Bilimde, bu Fotokimyanın olarak bilinir ve bunun tezahürleri birinin doğada fotosentez olduğunu. Bu bitki yeşil hale gelir hücre dışı alanı, hücreler tarafından üretilen bazı maddelerin emisyon ışık dalgalarının işlemleri kaynaklanmaktadır.

ışık ve insan görme kuantum özelliklerini etkiler. retinada alma, bir foton protein moleküllerinin ayrışması işlemini tetikler. Bu bilgiler beyinde nöronlar tarafından taşınır ve tedaviden sonra, hepimiz ışığı görebiliyorum. Gece karanlığı protein molekülü geri yüklenir ve görme yeni koşullara yerleştirilmiştir.

sonuçlar

Biz esas olarak ışığın kuantum özellikleri fotoelektrik etki denilen bir fenomen gösterilmiştir olan bu makalede, sırasında öğrendim. Her bir parçacık, yükü ve kütleye sahiptir ve bir elektron ile karşı karşıya içine düşer. Kuantum ve elektron biri haline gelmiştir ve bunların birleşik enerji fotoelektrik etki uygulanması için gerekli açık konuşmak gerekirse, kinetik enerjiye, dönüştürülmektedir. Bu şekilde üretilen dalga salınım foton enerji artışı, sadece belirli bir ölçüsü olabilir.

Fotoelektrik etki bugün ekipmanları türlerinin çoğu temel bir bileşenidir. onun temelinde bina uzay gemileri ve uydular, güneş hücreleri, yardımcı bir enerji kaynağı olarak kullanılırlar gelişir. Buna ek olarak, ışık dalgaları yeryüzünde kimyasal ve biyolojik süreçler üzerinde büyük bir etkisi vardır. bitkiler yeşil sıradan güneş ışığı gider, dünya atmosferi mavi dolu paleti boyanmıştır ve olduğu gibi dünyayı görüyoruz.