La física quàntica: les propietats quàntiques de la llum

Alguna vegada has pensat en el que constitueix de fet, molts fenòmens de llum? Per exemple, prenguem l'efecte fotoelèctric, les onades de calor, processos fotoquímics i similars - totes les propietats quàntiques de la llum. Si no haguessin estat descoberts, els científics obres no s'han mogut des del punt mort, de fet, així com el progrés científic i tècnic. Estudiar la seva secció de l'òptica quàntica, que està indissolublement unida a la mateixa branca de la física.

Les propietats quàntiques de la llum: una definició

Fins fa poc, la interpretació clara i completa d'aquest fenomen òptic no podia donar. S'utilitzen amb èxit en la ciència i la vida quotidiana, sobre aquesta base per construir no només la fórmula, però tot el problema en la física. Formular obtenir una resolució definitiva només dels científics moderns que va resumir les activitats dels seus predecessors. Per tant, les propietats de les ones quàntiques de la llum i - una conseqüència de les característiques dels seus emissors, àtoms qualssevol amb són electrons. Quantum (o fotó) es forma a causa del fet que un electró es mou per disminuir el nivell d'energia, generant així els impulsos d'electro-magnètica.

Les primeres observacions òptiques

XIX столетии. La suposició sobre la presència de les propietats quàntiques de la llum va aparèixer al segle XIX. Els científics han descobert i diligentment fenòmens com la difracció, la interferència i polarització. Amb la seva ajuda, es va derivar la teoria ondulatòria electromagnètica de la llum. Es basa en l'acceleració del moviment dels electrons durant les oscil·lacions del cos. Com a resultat, les calors, seguides per les ones de llum va aparèixer darrere d'ell. hipòtesi del primer autor sobre aquest tema s'ha format l'anglès D. Rayleigh. Se li considera com un sistema d'ones de radiació iguals i permanents, i en un espai confinat. D'acord amb les seves conclusions, amb una disminució en les seves longituds d'ona de sortida ha d'augmentar de forma contínua, d'altra banda, cal tenir ultraviolada i raigs x. A la pràctica, tot això no ha estat confirmat, i va prendre un altre teòric.

la fórmula de Planck

XX века Макс Планк – физик немецкого происхождения – выдвинул интересную гипотезу. A principis del segle XX Maks Plank - un físic d'origen alemany - ha proposat una hipòtesi interessant. Segons ella, l'emissió i l'absorció de la llum no es produeix de forma contínua, com es pensava anteriorment, i les porcions - quanta, o com se'ls anomena fotons. h , и он был равен 6,63·10 ^-34 Дж·с. la constant de Planck es va introduir - factor de proporcionalitat representat per la lletra h, i va ser igual a 6,63 × 10 ^-34 J · s. v – частота света. Per tal de calcular l'energia de cada fotó, es necessita un valor més - v - la freqüència de la llum. la constant de Planck multiplicada per la freqüència, i com a resultat s'obté l'energia d'un sol fotó. Des científic alemany amb precisió i correctament assegurat en una fórmula simple, les propietats quàntiques de llum, que prèviament havien estat trobats per H. Hertz, i es va designar com l'efecte fotoelèctric.

El descobriment de l'efecte fotoelèctric

Com hem dit, el científic Genrih Gerts va ser el primer que va cridar l'atenció sobre les propietats quàntiques de la llum nezamechaemye anterior. L'efecte fotoelèctric va ser descobert en 1887 quan un científic es va unir il·lumina una placa de zinc i una vareta de l'electròmetre. En el cas on la placa tracta d'una càrrega positiva, el electròmetre no es descarrega. Si s'emet una càrrega negativa, el dispositiu comença a descarregar-se, tan aviat com cau la placa de raigs ultraviolats. Durant aquesta experiència pràctica es va demostrar que la placa s'exposa a la llum pot irradiar càrregues elèctriques negatives, que més tard van rebre el nom apropiat - electrons.

L'experiència pràctica Stoletova

experiments pràctics amb electrons conduïts investigador rus Alexander Stoletov. Per als seus experiments va utilitzar una ampolla de vidre buit i dos elèctrodes. Un elèctrode s'utilitza per a la transmissió d'energia, i la segona es va il·luminar, i va ser portat al pol negatiu de la bateria. Durant aquesta operació, el corrent comença a augmentar la força, però després d'un temps es va convertir en una constant i directament proporcional a la radiació de la llum. Com a resultat, es va trobar que l'energia cinètica dels electrons, així com el retard de la tensió no depèn de la potència de la llum. Però l'augment de la freqüència de la llum fa créixer aquesta xifra.

Les noves propietats quàntiques de la llum: l'efecte fotoelèctric i les seves lleis

Durant el desenvolupament de la teoria i la pràctica Hertz Stoletov havia estat retirat tres lleis bàsiques, que, com es va veure després, els fotons estan funcionant:

Мощность светового излучения, которое падает на поверхность тела, прямо пропорциональна силе тока насыщения. 1. La llum d'encesa que cau sobre la superfície del cos és directament proporcional a la intensitat del corrent de saturació.

Мощность светового излучения никак не влияет кинетическую энергию фотоэлектронов, а вот частота света является причиной линейного роста последней. 2. La llum d'encesa no afecta l'energia cinètica del fotoelectrón, però la freqüència de la llum és la causa de la recent creixement lineal.

Существует некая «красная граница фотоэффекта». 3. Hi ha una mena de "vora vermella de l'efecte fotoelèctric." La conclusió és que si la freqüència és menor que el mínim de llum indicador de freqüència per a un material donat, s'observa l'efecte fotoelèctric.

Dificultats dues teories de col·lisió

Després de fórmula deriva Max Planck, Ciència s'enfronta a un dilema. Anteriorment ona derivada, i propietats quàntiques de la llum, que estaven obertes una mica més tard, no podria existir en el marc de les lleis generalment acceptades de la física. D'acord amb l'electromagnètica, la vella teoria, tots els electrons del cos, que cau en la llum ha d'entrar en oscil·lació forçada en la mateixa freqüència. Això generaria una energia cinètica infinita que és del tot impossible. D'altra banda, per l'acumulació de la quantitat requerida de la resta romandria l'energia de l'electró cal ser capaç de desenes de minuts, mentre que l'efecte fotoelèctric, en la pràctica, no hi ha la més mínima demora. A més confusió va sorgir també del fet que l'energia dels fotoelectrons no depèn de la potència de la llum. D'altra banda, no té la vora vermell de l'efecte fotoelèctric, i no es va calcular proporcional a la freqüència de l'energia cinètica d'electrons de la llum ha estat obert. La vella teoria no podia explicar clarament visible per a l'ull dels fenòmens físics, i el nou encara no ha resolt completament.

Racionalisme Alberta Eynshteyna

Només el 1905, el gran físic Albert Einstein va demostrar en la pràctica i en la teoria articulada, el que és - la veritable naturalesa de la llum. I propietats d'ona quàntica, obert per dos un davant l'altre hipòtesi en parts iguals inherents als fotons. Per completar el quadre només li faltava el principi de caràcter discret, és a dir, la ubicació exacta dels fotons en l'espai. Cada fotó - una partícula que pot ser absorbida o emesa com un tot. Electron "empassar" fotons cap a dins augmenta la seva càrrega en el valor de l'energia absorbida per les partícules. A més, dins de l'electrònica de fotocàtode mou a la seva superfície, mentre es manté una "doble dosi" d'energia, que de sortida es transforma en energia cinètica. En aquest senzill manera i efecte fotoelèctric es porta a terme en el qual no hi ha reacció retardada. En l'acabat de l'electró produeix un quantum en si, que cau sobre la superfície del cos, irradiant amb encara més energia. Com més gran sigui el nombre de fotons produïts - la radiació més potent, respectivament, i la fluctuació de l'ona de llum creix.

Els dispositius més simples, que es basen en el principi de l'efecte fotoelèctric

Després dels descobriments realitzats per científics alemanys a principis del segle XX, l'aplicació es fica en les propietats quàntiques de la llum per a la fabricació de diversos dispositius. Invencions, el funcionament és l'efecte fotoelèctric, anomenades cèl·lules solars, el representant més senzill dels quals - el buit. Entre els seus desavantatges es poden cridar feble conductivitat actual, baixa sensibilitat a la radiació d'ona llarga, de manera que no es pot utilitzar en circuits de corrent altern. El dispositiu de buit s'utilitza àmpliament en fotometria, mesuren la força de brillantor i qualitat de la llum. També juga un paper important en fototelefonah i durant la reproducció d'àudio.

Les cèl·lules fotovoltaiques amb funcions de conducció

Era un tipus molt diferent de dispositius, que es basen en les propietats quàntiques de la llum. El seu propòsit - per canviar la densitat de portadors. Aquest fenomen és anomenat de vegades l'efecte fotoelèctric intern, i és la base de fotoconductors operació. Aquests semiconductors estan jugant un paper molt important en la nostra vida diària. Per primera vegada van començar a utilitzar els cotxes retro. Després que proporcionen l'operació de l'electrònica i la bateria. A mitjan segle XX va començar a aplicar aquest tipus de cèl·lules solars per a la construcció de naus espacials. Fins ara, a causa del efecte fotoelèctric intern operar els torniquets al metro, calculadores portàtils i panells solars.

reaccions fotoquímiques

La llum, la naturalesa de la ciència que només va ser parcialment al segle XX, de fet, afecta els processos químics i biològics. Sota la influència del flux comença procés de dissociació molecular quàntica i la seva fusió amb els àtoms. En la ciència, serà considerat com la fotoquímica, i en la naturalesa d'una de les seves manifestacions és la fotosíntesi. És a causa de les ones de llum de processos d'emissió de determinades substàncies produïdes per les cèl·lules a l'espai extracel·lular, en el qual la planta es torna verd.

Afectar les propietats quàntiques de la llum i la visió humana. El aconseguir en la retina, un fotó desencadena el procés de descomposició de les molècules de proteïna. Aquesta informació és transportada per les neurones en el cervell, i després del tractament, tots podem veure la llum. molècula de proteïna caiguda de la nit i es restaura la visió s'acomoda a les noves condicions.

resultats

Ens trobem en el curs d'aquest article, que és principalment les propietats quàntiques de la llum es mostren en un fenomen conegut com l'efecte fotoelèctric. Cada fotó té la seva càrrega i massa, i quan s'enfronten a un electró cau en ell. Quantum i d'electrons es converteixen en un, i la seva energia combinada es converteix en energia cinètica, que, estrictament parlant, necessàries per a l'aplicació de l'efecte fotoelèctric. L'oscil·lació de l'ona produïda d'aquesta manera pot augmentar l'energia del fotó, però només a una mesura determinada.

efecte fotoelèctric avui és un component essencial de la majoria dels tipus d'equips. Sobre aquesta base les naus espacials i satèl·lits de construcció, es desenvolupen les cèl·lules solars s'utilitzen com a font d'energia auxiliar. A més, les ones de llum tenen un gran impacte en els processos químics i biològics de la Terra. La despesa de la llum solar ordinària les plantes són verdes, l'atmosfera de la terra està pintat completa paleta de color blau, i veiem el món tal com és.