Kvantovej fyziky: kvantovej vlastnosti svetla

Už ste niekedy premýšľali o tom, čo predstavuje v skutočnosti mnoho svetelných javov? Napríklad, vezmite fotoelektrického javu, vlny horúčav, fotochemické procesy a podobne - všetky kvantovej vlastnosti svetla. Keby neboli objavené, vedci práce by sa presunula z mŕtveho bodu, v skutočnosti, rovnako ako vedecký a technický pokrok. Študovať ich časť kvantovej optiky, ktorá je neoddeliteľne spätá s rovnakom odbore fyziky.

Kvantové vlastnosti svetla: definícia

Až do nedávnej doby, jasné a komplexné výklad tohto optického javu nemohol dať. Oni sú úspešne používané vo vede a každodennom živote, na ich základe postaviť nielen vzorec, ale celý problém vo fyzike. Formulovať konečné rozhodnutie možno získať iba z moderných vedcov, ktorí zhrnul činnosť svojich predchodcov. To znamená, že kvantovej vlnovej vlastnosti svetla a - dôsledkom funkcií jeho žiaričov Akým atómy sú elektróny. Quantum (alebo fotón) je vytvorený vzhľadom na to, že elektrón sa pohybuje na nižšiu energetickú hladinu, čím sa generujú elektromagnetické impulzy.

Prvá optická pozorovanie

XIX столетии. Predpoklad o prítomnosti kvantovej vlastnosti svetla sa objavil v XIX storočí. Vedci objavili a usilovne javy, ako je difrakcia, interferencia a polarizácia. S ich pomocou elektromagnetickej vlnovej teórie svetla bol odvodený. To bolo založené na zrýchlenie pohybu elektrónov počas oscilácií tela. V dôsledku toho sa ohrieva, nasledované vlnami svetla sa objavil za ním. Hypotéza prvého autora k tejto téme vytvorila Angličan D. Rayleigh. On je považovaný za systém radiačných rovných a trvalých vĺn, a v uzavretom priestore. Podľa týchto záverov, so znížením ich výstupných vlnových dĺžok by plynule zvyšuje, okrem toho musí mať ultrafialové a röntgenové lúče. V praxi to všetko nebolo potvrdené, a trvalo ďalšie teoretik.

Planckova formula

XX века Макс Планк – физик немецкого происхождения – выдвинул интересную гипотезу. Na začiatku XX storočia Maks Plank - v Nemecku narodený fyzik - predložila zaujímavú hypotézu. Podľa nej, emisie a absorpcie svetla nedochádza plynule, ako sa predtým myslelo, a porcie - kvantá, alebo ako sa nazývajú fotóny. h , и он был равен 6,63·10 ^-34 Дж·с. Planckova konštanta bola zavedená - činiteľ úmernosti reprezentovaný písmena h, a to sa rovnala 6,63 x 10 ^-34 J · s. v – частота света. Na výpočet energie každej fotónu, potrebná ešte jednu hodnotu - v - frekvencie svetla. Planckova konštanta vynásobená frekvencie, a v dôsledku toho získať energiu jediného fotónu. Vzhľadom k tomu, nemecký vedec presne a správne zaistená jednoduchým vzorcom, kvantovej vlastnosti svetla, ktorý bol v minulosti H. Hertz, a označený ako fotoelektrického javu.

Objav fotoelektrického javu

Ako už sme povedali, vedec Genriho Gerts bol prvý, kto upozornil na kvantových vlastností svetla nezamechaemye skôr. Fotoelektrický efekt bol objavený v roku 1887, kedy vedec spojené osvetlené dosku zinočnatý a prút elektromera. V prípade, že doska prichádza do kladného náboja, elektromer nie je prepustený. Ak sa vysiela záporný náboj, prístroj začne vybíjať, akonáhle doska klesá ultrafialovým žiarením. Počas týchto praktických skúseností bolo preukázané, že doska je vystavená svetlu môže vyžarovať negatívne elektrický náboj, ktorý neskôr prijal zodpovedajúci názov - elektróny.

Praktické skúsenosti Stoletov

Praktické pokusy s elektrónmi vykonala ruská výskumník Alexandr Stoletov. Pre jeho experimenty používal vákuum sklenenej banky a dve elektródy. Jedna elektróda bola použitá pre prenos elektrickej energie, a druhá bola osvetlená, a to bolo prinesené k zápornému pólu batérie. Počas tejto operácie, súčasná začína pre zvýšenie pevnosti, ale po chvíli sa stala konštantná a priamo úmerná vyžarovania svetla. Výsledkom je, že sa zistilo, že kinetická energia elektrónov, rovnako ako oneskorenie napätia nie je závislá na sile svetla. Ale zvýšenie frekvencie svetla spôsobí, že rast tohto čísla.

Nové kvantovej vlastnosti svetla: fotoelektrický jav a jeho zákony

Pri vývoji Hertz je teória a prax Stoletov bol stiahnutý tri základné zákony, ktoré, ako sa neskôr ukázalo, že fotóny sú funkčné:

Мощность светового излучения, которое падает на поверхность тела, прямо пропорциональна силе тока насыщения. 1. Power svetla, ktoré dopadá na povrch tela je priamo úmerná sile nasýtenia prúdu.

Мощность светового излучения никак не влияет кинетическую энергию фотоэлектронов, а вот частота света является причиной линейного роста последней. 2. Kontrolka napájania nemá vplyv na kinetickú energiu Photoelectron, ale frekvencia svetla je príčinou posledného lineárneho rastu.

Существует некая «красная граница фотоэффекта». 3. K dispozícii je druh "červeného okraja fotoelektrického javu." Rozhodujúcim faktorom je, že v prípade, že frekvencia je menšia ako minimálna indikátor frekvencie svetla pre daný materiál, je pozorovaný fotoelektrický efekt.

dve teórie kolízne Problémy

Po vzorec odvodený Planckova, Science pred dilemou. Skôr odvodené vlny a kvantovej vlastnosti svetla, ktoré sa otvorili o niečo neskôr, nemôže existovať v rámci všeobecne prijímaných fyzikálnych zákonov. V súlade s elektromagnetickou, stará teória, všetky elektróny v tele, ktorý pripadá na svetlo by malo prísť do núteného kmitania na rovnakej frekvencii. To by prinieslo nekonečný kinetickú energiu, ktorá je úplne nemožné. Okrem toho, pre akumuláciu potrebného množstva odpočinku by zostal energiu elektrónu je nutné, aby bolo možné desiatok minút, pričom fotoelektrický jav, v praxi, nie je najmenší oneskorenie. Ďalším zmätok vznikol tiež zo skutočnosti, že energia photoelectrons nezávisí na sile svetla. Okrem toho nemá červený okraj fotoelektrického javu, a nebol vypočítaný priamo úmerné frekvencii elektrónové kinetickej energie svetla bol otvorený. Stará teória nemohla vysvetliť jasne viditeľné voľným okom fyzikálnych javov a nový ešte plne vypracovaný.

Racionalizmus Alberta Eynshteyna

Až v roku 1905, veľký fyzik Albert Einstein ukázal v praxi a kĺbové teoreticky, čo to je - skutočná podstata svetla. A kvantovej vlnovej vlastnosti, otvorené dvoma vzájomne proti sebe hypotézy rovným dielom, ktoré sú vlastné fotónov. Dokončiť obraz postrádal iba princíp diskrétnosti, teda presné umiestnenie fotónov vo vesmíre. Každý fotón - častice, ktoré môžu byť absorbované alebo emitované ako celok. Elektrón "prehĺtanie" dovnútra fotónov zvyšuje svoj náboj na hodnote energie absorbovanej častíc. Ďalej, vnútri fotokatódy elektrón presunie na jeho povrchu, pričom sa udržuje "dvojitú dávku" energie, ktorý výstup sa premieňa na kinetickú energiu. Týmto jednoduchým spôsobom, a fotoelektrický jav sa vykonáva, v ktorých žiadny oneskorené reakcie. V cieli elektrónu vytvára kvantum sám, ktorý dopadá na povrch tela, vyžarujúce s ešte viac energie. Čím väčší je počet fotónov vyprodukovaných - silnejší žiarenia, v tomto poradí, a kolísanie svetelné vlny rastie.

Najjednoduchšie zariadenie, ktoré sú založené na princípe fotoelektrického javu

Po objavov nemeckých vedcov na začiatku dvadsiateho storočia, aplikácia dostane do kvantovej vlastnosti svetla pre výrobu rôznych zariadení. Vynálezy, ktorých prevádzka je fotoelektrický efekt, zvanej solárne články, najjednoduchšie reprezentatívne ktorý - za vákua. Medzi jeho nevýhody možno nazvať slaboprúd vodivosť, nízka citlivosť na dlhú žiarením, čo je dôvod, prečo to nemôže byť použitý v striedavých obvodoch. Vákuové zariadenie je široko používaný v fotometricky meria silu jasu a kvality svetla. On tiež hrá dôležitú úlohu v fototelefonah a pri prehrávaní zvuku.

Fotovoltaické články s funkciou vedenia vzruchu

To bolo úplne iný typ zariadenia, ktoré sú založené na vlastnostiach kvantových svetla. Ich účel - pre zmenu hustoty nosiča. Tento jav sa niekedy nazýva vnútorné fotoelektrický efekt, a to je základom prevádzkových fotoodpor. Tieto polovodiče hrajú veľmi dôležitú úlohu v našom každodennom živote. Prvýkrát začali používať retro autá. Potom dávajú elektroniky a batérie operácie. V polovici dvadsiateho storočia sa začali uplatňovať tieto solárnych článkov pre budovanie kozmickej lode. Až do teraz, vzhľadom k vnútornému fotoelektrického javu ovládať turnikety v metre, prenosné kalkulačky a solárne panely.

fotochemické reakcie

Svetlo, ktorého podstata bola len čiastočne dostupný vedy v dvadsiatom storočí, v skutočnosti, to má vplyv na chemické a biologické procesy. Pod vplyvom prúdu začína kvantového procesu molekulárnej disociačná a ich spojenie s atómami. Vo vede, to je známa ako fotochémie, a vo forme jedného z jeho prejavov je fotosyntéza. Je to z dôvodu, aby svetelné vlny procesy emisie niektorých látok produkovaných bunkami do extracelulárneho priestoru, pričom rastlina zozelenie.

Vplyv na kvantovej vlastnosti svetla a ľudského videnia. Získanie na sietnici, fotón spúšťa proces rozkladu proteínových molekúl. Tieto informácie sú prepravované neurónov v mozgu, a po liečbe, môžeme všetci vidieť svetlo. Zotmení molekula proteínu je obnovená a obraz je umiestnený na nové podmienky.

výsledok

Zistili sme, v priebehu tohto článku, ktorý je predovšetkým kvantovej vlastnosti svetla sú uvedené v fenoménu fotoelektrický efekt. Každý fotón má svoj náboj a hmotnosť, a keď je konfrontovaný s elektrónom spadá do neho. Kvantová a elektrón sa stal jedným a ich spoločný energie sa premení na kinetickú energiu, ktorá v pravom slova zmysle, ktoré sú potrebné na plnenie fotoelektrického javu. Vlna oscilácie Takto vyrobený môže zvýšiť fotónovej energie, ale len do určitej miery.

Fotoelektrický jav je dnes nevyhnutnou súčasťou väčšiny typov zariadení. Na jeho základe stavebné rakety a satelity, vyvinúť solárne články sú využívané ako zdroj pomocnej energie. Okrem toho, že svetelné vlny majú veľký vplyv na chemické a biologické procesy na Zemi. Na úkor obyčajného slnečného svitu sú rastliny zelené, zemská atmosféra je lakovaný plnú paletu modrej a vidíme svet taký, aký je.