Kvantefysik: kvanteegenskaber lys

Har du nogensinde tænkt over, hvad der udgør faktisk mange lysfænomener? For eksempel tager den fotoelektriske effekt, hedebølger, fotokemiske processer og lignende - alle kvanteegenskaber lys. Hvis de ikke var blevet opdaget, ville forskere arbejder ikke har bevæget sig fra de døde punkt, i virkeligheden, samt videnskabelige og tekniske udvikling. Undersøgelse deres sektion af kvanteoptik, som er uløseligt forbundet med den samme gren af fysikken.

Quantum egenskaber af lys: en definition

Indtil for nylig, den klare og omfattende fortolkning af denne optiske fænomen kunne ikke give. De er med held anvendt inden for videnskab og hverdagsliv, på dette grundlag at bygge ikke blot formel, men hele problemet i fysik. Formuler en endelig afgørelse fås kun fra moderne forskere, der opsummerede aktiviteter sine forgængere. Således kvante bølge egenskaber af lys og - en konsekvens af trækkene ved sine emittere, hvorved atomer er elektroner. Quantum (eller foton) er dannet som følge af, at en elektron bevæger at sænke energi niveau, hvorved der genereres af elektromagnetiske impulser.

De første optiske observationer

XIX столетии. Antagelsen om tilstedeværelsen af de kvantemekaniske egenskaber af lys dukkede op i det XIX århundrede. Forskere har opdaget og flittigt fænomener såsom diffraktion, interferens og polarisering. Med deres hjælp, blev den elektromagnetiske bølge teori om lys stammer. Det var baseret på accelerationen af bevægelsen af elektroner i svingningerne af kroppen. Som et resultat, heat, efterfulgt af bølger af lys optrådte bag ham. Den første forfatters hypotese om dette emne har dannet englænderen D. Rayleigh. Han betragtes som et system af stråling lige og permanente bølger, og i et lukket rum. Ifølge konklusionerne, med et fald i deres udgangsbølgelængder kontinuerligt skal stige i øvrigt skal have ultraviolette og røntgenstråler. I praksis har alt dette ikke er blevet bekræftet, og det tog en anden teoretiker.

Plancks formel

XX века Макс Планк – физик немецкого происхождения – выдвинул интересную гипотезу. I begyndelsen af det XX århundrede Maks Plank - en tysk-fødte fysiker - har fremsat en interessant hypotese. Ifølge hende, er den emission og absorption af lys ikke forekomme kontinuerligt, som tidligere antaget, og dele - kvanter, eller som de kaldes fotoner. h , и он был равен 6,63·10 ^-34 Дж·с. Plancks konstant blev indført - proportionalitetsfaktor repræsenteret ved bogstavet h, og det var lig med 6,63 x 10 ^-34 J • s. v – частота света. For at beregne energien af hver foton, havde brug for en mere værdi - v - hyppigheden af lys. Plancks konstant ganget med frekvensen, og som et resultat opnået energien af en enkelt foton. Eftersom tysk videnskabsmand præcist og fastspændt i en enkel formel, kvanteegenskaber af lys, som tidligere var blevet fundet af H. Hertz, og betegnet den som den fotoelektriske effekt.

Opdagelsen af den fotoelektriske effekt

Som vi har sagt, videnskabsmanden Genrih Gerts var den første, der gjorde opmærksom på de kvantemekaniske egenskaber af lys nezamechaemye tidligere. Den fotoelektriske effekt blev opdaget i 1887, da en videnskabsmand sammenføjet belyst en zink plade og en stav af elektrometeret. I det tilfælde hvor pladen kommer til en positiv ladning, er elektrometeret ikke afladet. Hvis en negativ ladning udsendes, begynder enheden at udlede, så snart pladen falder ultraviolette stråler. I løbet af denne hands-on erfaring, det blev bevist, at pladen udsættes for lys kan udstråle negative elektriske ladninger, som senere modtog det passende navn - elektroner.

Praktisk erfaring Stoletova

Praktiske forsøg med elektroner gennemførte russiske forsker Alexander Stoletov. For sine eksperimenter anvendte han et vakuum glaskugle og to elektroder. En elektrode blev anvendt til mekanisk transmission, og den anden blev belyst, og det blev bragt til den negative pol på batteriet. Under denne operation, begynder strømmen at øge styrken, men efter et stykke tid blev det en konstant og direkte proportional med stråling af lys. Som et resultat, blev det konstateret, at den kinetiske energi af elektroner samt forsinke spændingen ikke afhænger af kraften i lys. Men stigningen i hyppigheden af lys forårsager at dyrke dette tal.

Nye kvanteegenskaber af lys: den fotoelektriske effekt og dens love

Under udviklingen af Hertz teori og praksis Stoletov var blevet trukket tilbage tre grundlæggende love, der, som det viste sig, fotonerne fungerer:

Мощность светового излучения, которое падает на поверхность тела, прямо пропорциональна силе тока насыщения. 1. Strøm lys, der falder på overfladen af legemet er direkte proportional med styrken af mætningsstrømmen.

Мощность светового излучения никак не влияет кинетическую энергию фотоэлектронов, а вот частота света является причиной линейного роста последней. 2. Tænd lys påvirker ikke den kinetiske energi af fotoelektron, men frekvensen af lys er årsag til den seneste lineær vækst.

Существует некая «красная граница фотоэффекта». 3. Der er en slags "rød kant af den fotoelektriske effekt." Den nederste linje er, at hvis frekvensen er mindre end den minimale frekvens signallampe for et givet materiale, er den fotoelektriske effekt observeret.

to teorier kollision Problemer

Efter formel afledt Max Planck, Science over for et dilemma. Tidligere afledt bølge, og kvanteegenskaber af lys, der var åbne lidt senere, kunne ikke eksistere inden for rammerne af almindeligt anerkendte fysikkens love. I overensstemmelse med det elektromagnetiske, bør den gamle teori, alle elektronerne i kroppen, som falder på lyset kommer ind tvungen svingning ved samme frekvens. Dette ville generere en uendelig kinetisk energi, der er helt umuligt. Desuden er det for akkumuleringen af den krævede mængde hvile ville forblive elektronenergien er nødvendigt at kunne ti minutter, mens den fotoelektriske effekt, der i praksis ikke er den mindste forsinkelse. Yderligere forvirring opstod også fra det faktum, at energien af fotoelektronerne ikke afhænger af kraften i lys. Endvidere har ikke den røde kant af den fotoelektriske effekt, og var ikke beregnet proportionalt med frekvensen af den elektron kinetiske energi af lys er blevet åbnet. Den gamle teori kunne ikke forklare tydeligt synlige for øjet af fysiske fænomener, og den nye er endnu ikke fungeret fuldt ud.

Rationalisme Alberta Eynshteyna

Kun i 1905, den store fysiker Albert Einstein viste i praksis og artikuleret i teorien, hvad det er - den sande natur af lys. Og kvante bølge egenskaber, åbne ved to overfor hinanden hypoteser i lige dele iboende til fotoner. For at fuldende billedet manglede kun princippet om diskrethed, dvs. den nøjagtige placering af fotoner i rummet. Hver foton - en partikel, der kan absorberes eller udsendes som helhed. Elektron "synke" aktiv foton øger sin ladning på værdien af energien absorberes af partiklerne. Endvidere inde fotokatoden elektron flytter til dens overflade, og samtidig opretholde en "dobbelt dosis" af energi, hvilken udgang er omdannet til kinetisk energi. På denne enkle måde, og fotoelektriske effekt udføres, hvor der ikke forsinket reaktion. På finish af elektroner frembringer en kvante selv, der falder på overfladen af legemet, udstrålende med endnu mere energi. Jo større antallet af fotoner producerede - den mere kraftfulde stråling henholdsvis og udsvingene i lysbølgen vokser.

De simpleste enheder, som er baseret på princippet om den fotoelektriske effekt

Efter de opdagelser gjort af tyske forskere i begyndelsen af det tyvende århundrede, ansøgningen kommer i kvanteegenskaber af lys til fremstilling af forskellige enheder. Opfindelser, hvis drift er den fotoelektriske effekt, kaldet solceller, den enkleste repræsentative heraf - vakuummet. Blandt ulemperne kan kaldes svag strøm ledningsevne, lav følsomhed over for langbølget stråling, hvorfor det ikke kan anvendes i AC kredsløb. Den vakuumanordning er meget udbredt i fotometri, de måler styrken af lysstyrke og lyskvalitet. Han spiller også en vigtig rolle i fototelefonah og under lydafspilning.

Fotovoltaiske celler med ledningsforstyrrelser funktioner

Det var en ganske anden type udstyr, som er baseret på kvanteegenskaber lys. Deres formål - at ændre transportøren tæthed. Dette fænomen kaldes den interne fotoelektriske effekt, og det er grundlaget for drift fotokonduktorer. Disse halvledere spiller en meget vigtig rolle i vores dagligdag. For første gang begyndte de at bruge retro biler. Så de giver elektronik og batteridrift. I midten af det tyvende århundrede begyndte at anvende sådanne solceller til at bygge rumskibe. Indtil nu, på grund af den interne fotoelektriske effekt betjene tælleapparaterne i undergrundsbanen, bærbare regnemaskiner og solpaneler.

fotokemiske reaktioner

Lys, hvis karakter var kun delvist tilgængelige videnskab i det tyvende århundrede, i virkeligheden, det påvirker de kemiske og biologiske processer. Under indflydelse af strømningen begynder kvante molekylære dissociationsprocessen og deres fusion med atomerne. I videnskaben, er dette kendt som fotokemi, og har karakter af en af dens manifestationer er fotosyntese. Det skyldes lysbølger processer af emission af visse stoffer produceret af celler i det ekstracellulære rum, hvorved planten bliver grøn.

Påvirke kvanteegenskaber af lys og menneskelige syn. Komme på nethinden, en foton udløser processen med nedbrydning af proteinmolekyler. Denne information bliver transporteret af neuroner i hjernen, og efter behandling, kan vi alle se lyset. Skumring protein molekyle er genoprettet og vision er indkvarteret på de nye betingelser.

resultater

Vi fandt ud i løbet af denne artikel, som er hovedsagelig kvanteegenskaber lys er vist i et fænomen kaldet den fotoelektriske effekt. Hver foton har sin ladning og masse, og når konfronteret med en elektron falder ind i den. Quantum og elektron bliver en, og deres samlede energi omdannes til kinetisk energi, som strengt taget er nødvendige for gennemførelsen af den fotoelektriske effekt. Det således fremstillede bølge oscillation kan øge fotonenergi, men kun til en vis foranstaltning.

Fotoelektriske effekt i dag er en vigtig del af de fleste typer udstyr. bygningen rumskibe og satellitter, udvikle på grundlag heraf solceller anvendes som en kilde til ekstra energi. Hertil kommer, at lysbølger har en stor indflydelse på de kemiske og biologiske processer på Jorden. Bekostning af almindelige sollys planterne er grønt, er jordens atmosfære malet fuld palet af blå, og vi ser verden, som den er.