Квантова физика: квантовите свойства на светлината

Замисляли ли сте се за това какво представлява в действителност много светлинни явления? Например, да фотоелектричния ефект, горещи вълни, фотохимични процеси и други подобни - всички квантови свойства на светлина. Ако те не са били открити, учените творби не биха се преместили от мъртвата точка, в действителност, както и научно-техническия прогрес. Проучване раздел им на квантовата оптика, която е неразривно свързани с един и същ клон на физиката.

Квантовите свойства на светлината: определение

Доскоро ясна и разбираема тълкуването на този оптичен феномен не може да даде. Те се използват успешно в областта на науката и всекидневния живот, на тази основа да се изгради не само формулата, но целия проблем в областта на физиката. Формулиране на окончателно решение да бъде получена само от съвременните учени, които обобщават дейностите на своите предшественици. По този начин, квантови вълнови свойства на светлина и - вследствие на характеристиките на своите замърсители, с които атоми са електрони. Спектър (или фотон) се формира поради факта, че един електрон движи за понижаване на нивото на енергия, като по този начин генериране на електромагнитни импулси.

Първите оптични наблюдения

XIX столетии. Предположението за наличие на квантовите свойства на светлината се появи в XIX век. Учените са открили, и усърдно явления като дифракция, интерференция и поляризация. С тяхна помощ, електромагнитната вълна теория на светлината е получена. Тя се основава на ускорението на движението на електроните по време на трептенията на тялото. В резултат на това се нагряват, следвани от вълни на светлината се появи зад него. Първата хипотеза автора на тази тема е образувала англичанина Д. Rayleigh. Той се разглежда като система от радиация равни и постоянни вълни, и в затворено помещение. Съгласно направените заключения, с намаляване на техните изходни дължини на вълната трябва да се увеличи непрекъснато, освен това, е необходимо да има ултравиолетови и рентгенови лъчи. На практика, всичко това не е било потвърдено и отне още един теоретик.

формула на Планк

XX века Макс Планк – физик немецкого происхождения – выдвинул интересную гипотезу. В началото на ХХ век Макс Планк - германски физик - е представил една интересна хипотеза. Според нея, на излъчване и поглъщане на светлината не се случва непрекъснато, както се смяташе досега, и порции - кванти, или както те се наричат фотони. h , и он был равен 6,63·10 ^-34 Дж·с. константа на Планк е въведена - фактор пропорционалност представена от буквата Н, и това е равно на 6,63 × 10 ^-34 J · с. v – частота света. За да се изчисли енергията на всеки фотон, необходима още една стойност - V - честотата на светлината. константа на Планк, умножена по честотата, и като резултат, получен от енергията на един фотон. От германския учен точно и правилно осигурена в проста формула, квантовите свойства на светлина, които преди това са били открити от Н. Hertz, и определя за фотоелектричния ефект.

Откриването на фотоефекта

Както казахме, ученият Genrih Gerts е първият, който обърна внимание на квантовите свойства на светлината nezamechaemye по-рано. Фотоелектричния ефект е открит през 1887 г., когато учен присъедини осветен плоча цинк и прът на електромера. В случай, че плочата е към своя положителен заряд, електромера не е приключен. Ако отрицателен заряд се излъчва, устройството започне да се изтощава, веднага след като плочата пада ултравиолетови лъчи. По време на този практически опит е доказано, че плочата е изложена на светлина може да излъчва отрицателни електрически заряди, които по-късно са получили съответното име - електрони.

Практически опит Stoletova

Практически експерименти с електрони, проведени руски изследовател Александър Столетов. За експериментите си той използва вакуумна стъклена колба и два електрода. Един електрод се използва за предаване на мощност, а втората е осветен, и той бе доведен до отрицателния полюс на батерията. По време на тази операция, на ток започва да се увеличи силата, но след известно време тя се превръща в постоянна и право пропорционално на излъчване на светлина. В резултат на това беше установено, че кинетичната енергия на електроните, както и забавяне на напрежение не зависи от силата на светлината. Но увеличаването на честотата на светлината предизвиква да расте тази цифра.

Нови квантовите свойства на светлината: фотоелектричния ефект и нейните закони

По време на разработването на Херц теория и практика Столетов е било оттеглено три основни закони, които, както се оказа, фотоните са функциониращи:

Мощность светового излучения, которое падает на поверхность тела, прямо пропорциональна силе тока насыщения. 1. Мощност светлина, която пада върху повърхността на тялото е пряко пропорционално на силата на тока на насищане.

Мощность светового излучения никак не влияет кинетическую энергию фотоэлектронов, а вот частота света является причиной линейного роста последней. 2. Индикатор за захранване не се отразява на кинетичната енергия на фотоелектронна, но честотата на светлина е причина за най-новия линеен растеж.

Существует некая «красная граница фотоэффекта». 3. Налице е един вид "червен ръб на фотоелектричния ефект." Долната линия е, че ако честотата е по-малко от минималния показател честота светлина за даден материал, се наблюдава фотоелектричния ефект.

две теории сблъскване Затруднения

След формула получени Макс Планк, Science изправени пред дилема. По-рано получен вълна, и квантовата свойства на светлината, които бяха отворени малко по-късно, не биха могли да съществуват в рамките на общоприетите закони на физиката. В съответствие с електромагнитното, старата теория, всички електроните на тялото, който се пада на светлината трябва да влязат в принудени трептения със същата честота. Това ще генерира безкрайна кинетична енергия, че е съвсем невъзможно. Освен това, за натрупване на необходимата сума за почивка ще остане електронна енергия е необходима, за да може да се десетки минути, докато фотоелектричния ефект, на практика, няма и най-малкото забавяне. Допълнително объркване, като също така от факта, че енергията на фотоелектроните не зависи от силата на светлината. Освен това, не е червен ръб на фотоелектричния ефект, и не се изчислява пропорционално на честотата на електрон кинетичната енергия на светлина е била отворена. Старата теория не може да обясни ясно видими за окото на физични явления, и новото все още не е напълно разработена.

Рационализмът Алберта Eynshteyna

Само през 1905 г., великият физик Алберт Айнщайн показа на практика и съчленен на теория, това, което е - истинската природа на светлината. И квантовата вълна свойства, открити по две една срещу друга хипотези в равни части, присъщи на фотони. За да бъде картината пълна липсваше само на принципа на дискретност, т.е. точното местоположение на фотони в пространството. Всяка фотон - на частиците, които могат да бъдат абсорбирани или излъчвана като цяло. Електрон "поглъщане" навътре фотон повишава нейната такса върху стойността на енергията, погълната от частиците. Освен това, в рамките на електрона фотокатодния движи към повърхността му, като същевременно се поддържа "двойна доза" на енергия, която продукцията се трансформира в кинетична енергия. В този прост начин и фотоелектричния ефект се извършва в които нито забавена реакция. На финала на електрона произвежда самата квантова, която пада върху повърхността на тялото, излъчваща с още повече енергия. По-голямата броя на фотоните, произведени - по-мощен радиация, съответно, и колебанията на вълната светлина расте.

Най-простите устройства, които се основават на принципа на фотоелектричния ефект

След откритията, направени от германски учени в началото на ХХ век, прилагането попадне в квантовите свойства на светлината за производство на различни устройства. Изобретения, чието функциониране е фотоелектричния ефект, наречени слънчеви клетки, най-простият представител на които - вакуум. Сред недостатъците му може да се нарече слаб ток проводимост, ниска чувствителност към дълговълновата радиация, поради което не може да се използва в AC вериги. Устройство за вакуум се използва широко в фотометрия, те се измери силата на яркост и светлина качество. Той също така играе важна роля в fototelefonah и по време на възпроизвеждане на звук.

Фотоволтаични клетки с проводникова функции

Беше доста различен тип устройства, които са базирани на квантовите свойства на светлината. Тяхната цел - да се промени плътността на носител. Това явление понякога се нарича вътрешния фотоелектричния ефект, и това е в основата на операция photoconductors. Тези полупроводници играят много важна роля в нашето ежедневие. За първи път те започнаха да използват ретро автомобили. Тогава те предоставят на електрониката и батерията операция. В средата на ХХ век започва да се прилагат такива слънчеви клетки за изграждане на космически кораби. До сега, благодарение на вътрешното фотоефекта работи въртележката в метрото, преносими калкулатори и слънчеви панели.

фотохимични реакции

Светлина, естеството на които е налична само отчасти наука през ХХ век, в действителност, това се отразява на химични и биологични процеси. Под влиянието на поток започва квантов процес молекулна дисоциация и тяхното сливане с атомите. В науката, това е известно като фотохимия, и в характера на един от нейните проявления е фотосинтеза. Това се дължи на светлинните вълни процеси на емисиите на определени вещества, произведени от клетки в извънклетъчното пространство, при което растението става зелена.

Засяга квантовите свойства на светлината и човешкото зрение. Получаване на ретината, фотон задейства процес на разлагане на протеиновите молекули. Тази информация се транспортира чрез неврони в мозъка, и след лечението, всички ние можем да видим светлината. Nightfall белтъчна молекула е възстановена и визия се настанява към новите условия.

резултати

Открихме в хода на тази статия, която е най-вече квантовите свойства на светлината са показани в явление, наречено фотоелектричния ефект. Всеки фотон има своя заряд и маса, и когато се сблъскат с един електрон в нея падне. Quantum и електрони се превърне в един и общото им енергия се превръща в кинетична енергия, която, строго погледнато, необходими за изпълнението на фотоелектричния ефект. Така получената трептенията на вълната може да се увеличи на фотонна енергия, но само до известна степен.

Фотоефекта днес е важен компонент на повечето видове оборудване. На нейна основа космически кораби на сградата и сателити, се развиват соларните клетки се използват като източник на допълнителна енергия. В допълнение, светлинните вълни имат голямо влияние върху химичните и биологичните процеси на Земята. За сметка на обикновените слънчева светлина растенията са зелени, в земната атмосфера е боядисан пълната палитра от синьо, и ние виждаме света такъв, какъвто е.