Kvantuma fiziko: la kvantuma ecoj de lumo

Ĉu vi iam pensis pri kio konsistigas fakte multaj lumo fenomenoj? Ekzemple, prenu la efekto fotoeléctrico, ondoj de varmego, fotoquímica procezoj kaj similaj - ĉiuj kvantuma ecoj de lumo. Se ili ne estis malkovritaj, sciencistoj verkoj ne moviĝus de la mortinta punkto, fakte, tiel kiel scienca kaj teknika progreso. Studu ilia sekcio de optika cuántica, kiu estas forte ligata kun la sama branĉo de fiziko.

Kvantuma ecoj de lumo: difino

Ĝis faras malmulta, la klara kaj ampleksa lego de ĉi tiu optika fenomeno ne povis doni. Ili estas sukcese uzata en scienco kaj ĉiutaga vivo, en ĉi tiu bazo por konstrui ne nur la formulo sed la tuta problemo en fiziko. Formuli finan determino esti ricevita nur de modernaj sciencistoj kiuj resumis la aktivecoj de liaj antaŭuloj. Tiel, la kvantuma ondo ecoj de lumo kaj - konsekvenco de la trajtoj de lia emisores! Per atomoj estas elektronoj. Kvantuma (aŭ fotono) estas formita pro la fakto ke elektrono moviĝas malaltigi energinivelo, generante tiel la elektro-magneta pulsos.

La unua optika observoj

XIX столетии. La supozo pri la ĉeesto de la kvantuma ecoj de lumo aperis en la XIX jarcento. Sciencistoj malkovris kaj diligente fenomenoj kiel ekzemple difrakto, enmiksiĝo kaj polarizo. Kun ilia helpo, la elektromagneta ondo teorio de lumo estis derivita. Estis bazita en la akcelo de la movado de elektronoj dum la osciladoj de la korpo. Rezulte, varmecoj, sekvita de ondoj de lumo aperis malantaŭ li. La unua aŭtoro hipotezo pri tiu temo formis la anglo D. Rayleigh. Li estas konsiderata kiel sistemo de radiado egala kaj permanenta ondoj, kaj en limigitaj spaco. Laŭ liaj konkludoj, kun malpliigo de ilia produktado ondolongoj devus pliigi kontinue cetere postulis havi transviola kaj x-radioj. Praktike, ĉiuj ĉi ne estis konfirmita, kaj ĝi prenis alian teoriisto.

Planck formulo

XX века Макс Планк – физик немецкого происхождения – выдвинул интересную гипотезу. Komence de la XX jarcento Maks Tabulo - germana-naskita fizikisto - metis antaŭen interesa hipotezo. Laŭ ŝi, la emisión kaj absorción de lumo ne okazas kontinue, kiel ĝi kredis, kaj partoj - quanta, aŭ kiel ili estas nomitaj fotonoj. h , и он был равен 6,63·10 ^-34 Дж·с. Konstanta de Planck estis prezentita - proporcieco faktoro reprezentita de la litero h, kaj estis egala al 6,63 × 10 ^-34 J · s. v – частота света. Por kalkuli la energion de ĉiu fotono, bezonis pli valoro - v - la frekvenco de la lumo. Konstanta de Planck multiplikita per la frekvenco, kaj kiel rezulto akiris la energio de sola fotono. Ekde germana sciencisto precize kaj ĝuste atingita en simpla formulo, la kvantuma ecoj de lumo, kiu antaŭe estis trovita de H. Hertz, kaj designó kiel la efekto fotoeléctrico.

La malkovro de la efekto fotoeléctrico

Kiel ni diris, la sciencisto Genrih Gerts estis la unua kiu atentigis pri la kvantuma ecoj de lumo nezamechaemye pli frue. La efekto fotoeléctrico estis malkovrita en 1887, kiam sciencisto aliĝis lumigis zinko telero kaj sceptro la elektrometro. En la kazo kie la telero venas al pozitiva ŝarĝo, la electrómetro ne eligita. Se negativa ŝarĝo estas elsendita, la aparato komencas eligi, kiam la telero falas transviola radioj. Dum tiu manoj-sur sperto oni montris ke la telero estas malkovrita al la lumo povas radian negativaj elektraj ŝargoj, kiu poste ricevis la taŭgan nomon - elektronoj.

Praktika sperto Stoletova

Praktikaj eksperimentoj kun elektronoj kondukita rusa esploristo Alexander Stoletov. Por liaj eksperimentoj li uzis vakuo vitra ampolo kaj du elektrodoj. Unu elektrodo estis uzata por potenco transdono, kaj la dua estis lumigita, kaj ĝi estis alportita al la negativa poluso de la baterio. Dum tiu operacio, la nuna komencas pliigi forton, sed post kelka tempo ĝi fariĝis konstanta kaj rekte proporcia al la radiado de lumo. Rezulte, oni trovis, ke la kineta energio de elektronoj kaj ankaŭ prokrastas la tensio ne dependas de la potenco de lumo. Sed la kresko de la ofteco de la lumo kaŭzas kreski ĉi figuro.

Nova kvantuma ecoj de lumo: la efekto fotoeléctrico kaj liaj leĝoj

Dum la disvolviĝo de Hertz teorio kaj praktiko Stoletov estis retirita tri bazaj leĝoj, kiuj, kiel ĝi rezultis, la fotonoj estas funkcianta:

Мощность светового излучения, которое падает на поверхность тела, прямо пропорциональна силе тока насыщения. 1. Potenco lumo kiu falas sur la surfaco de la korpo estas rekte proporcia al la forto de la saturación aktuala.

Мощность светового излучения никак не влияет кинетическую энергию фотоэлектронов, а вот частота света является причиной линейного роста последней. 2. Potenco lumo ne influas la kineta energio de la fotoelectrón, sed la frekvenco de la lumo estas la kaŭzo de la lasta lineara kreskon.

Существует некая «красная граница фотоэффекта». 3. Ekzistas ia "ruĝa rando de la efekto fotoeléctrico." La malsupra linio estas ke se la frekvenco estas malpli ol la minimuma ofteco indikilo lumo por antaŭfiksita materialo, la efekto fotoeléctrico estas observita.

du teorioj kolizio Malfacilaĵoj

Post formulo derivita Max Planck, Scienco alfrontis kun dilemo. Antaŭe derivita ondo, kaj kvantuma ecoj de lumo, kiuj estis malfermitaj iom poste, ne ekzistas en la kadro de la ĝenerale akceptitaj leĝoj de fiziko. Konforme al la elektromagneta, la malnova teorio, ĉiuj elektronoj de la korpo, kiu falas sur la lumo venanta en devigita oscilado en la sama ofteco. Ĉi tio generus senfinan energion kinetiko kiu estas tute neebla. Cetere, por la amasiĝo de la postulata kvanto de ripozo restus la elektrona energio necesas por povi dekoj da minutoj, dum la efekto fotoeléctrico, praktike, ne estas la plej eta prokrasto. Plue konfuzo leviĝis ankaŭ el la fakto ke la energio de fotoelectrones ne dependas de la potenco de lumo. Cetere, cxu la ruĝa rando de la efekto fotoeléctrico kaj ne kalkulita proporcia al la frekvenco de la elektrono kineta energio de la lumo estis malfermita. La malnova teorio povis ekspliki klare videbla al la okulo de fizikaj fenomenoj, kaj la nova ankoraŭ ne plene ellaboris.

Raciismo Alberto Eynshteyna

Nur en 1905, la granda fizikisto Albert Einstein montris praktike kaj artikitaj teorie, kio ĝi estas - la vera naturo de lumo. Kaj kvantuma ondo ecoj, malferma de du kontraŭaj unu la alian hipotezon en egalaj partoj propra al fotonoj. Por kompletigi la bildon mankis nur la principon de _discreteness_, kio estas la ĝusta loko de fotonoj en la spaco. Ĉiu fotono - ero kiu povas esti absorbita aŭ elsendita kiel tuto. Elektrono "gluti" interna fotonoj pliigas lian zorge sur la valoro de la energio sorbita de la partikloj. Plue, interne de la photocathode elektrono moviĝas al ĝia surfaco, konservante "duobla dozo" de energio, kiun produktado estas transformita en kineta energio. En ĉi tiu simpla maniero, kaj efekto fotoeléctrico efektivigas en kiu neniu malfruaj reago. Ĉe la fino de la elektrono produktas kvantuma mem, kiu falas sur la surfacon de la korpo, radiante kun eĉ pli da energio. La pli granda la numero de fotonoj produktitaj - la pli potenca radiado, respektive, kaj la fluctuación de la lumo ondo kreskas.

La plej simpla aparatoj, kiuj estas bazitaj sur la principo de la efekto fotoeléctrico

Post la malkovroj faritaj de germanaj sciencistoj komence de la dudeka jarcento, la apliko ricevas en la kvantuma ecoj de lumo por la fabrikado de diversaj aparatoj. Inventadoj, kies operacio estas la efekto fotoeléctrico, nomitaj sunaj ĉeloj, la plej simpla reprezentanto de kiuj - la vakuo. Inter lia malavantaĝoj povas nomi malforta nuna konduktiveco, malalta sentiveco al longa ondo radiado, tial ĝi ne povas esti uzata en la AK cirkvitoj. La vakuo aparato estas vaste uzata en fotometría, ili mezuras la forton de brilo kaj lumo kvalito. Li ankaŭ ludas gravan rolon en fototelefonah kaj dum audio reprodukto.

Fotovoltaicas ĉeloj kun alkonduko funkcioj

Ĝi estis tute malsama tipo de aparatoj, kiuj estas bazitaj sur la kvantuma ecoj de lumo. Ilia celo - por ŝanĝi la portanto denseco. Tiu fenomeno foje estas nomita la interna efekto fotoeléctrico, kaj estas la bazo de operacio photoconductors. Tiuj semiconductores ludas tre gravan rolon en nia ĉiutaga vivo. Unuafoje oni komencis uzi la retro aŭtoj. Tiam ili provizas la elektroniko kaj baterio operacio. Meze de la dudeka jarcento komencis apliki tian sunaj ĉeloj por konstruado kosmoŝipoj. Ĝis nun, pro la interna efekto fotoeléctrico funkciigi la turnstiles en la metroo, porteblaj kalkuliloj kaj sunaj paneloj.

reagoj fotoquímicas

Lumo, la naturo de kiu estis nur parte disponebla scienco en la dudeka jarcento, fakte, ĝi influas la kemiaj kaj biologiaj procezoj. Sub la influo de fluo komenciĝas kvantuma molekula disociación procezo kaj ilia fuzio kun la atomoj. En scienco, tiu estas nomata kiel la fotoquímica, kaj en la naturo de unu el liaj demonstracioj estas fotosintezo. Estas pro lumo ondoj procezoj de emisión de iuj substancoj produktitaj de ĉeloj en la eksterĉela spaco, per la planto iĝas verda.

Influas la kvantuma ecoj de lumo kaj homa vizio. Atingi en la retino, fotono deĉenigas la procezo de descomposición de proteino molekuloj. Tiu informo estas transportita de neŭronoj en la cerbo, kaj post traktado, ni povas ĉiuj vidi la lumon. Noktiĝo proteino molekulo restarigitaj kaj vizio estas akomoditaj al la novaj kondiĉoj.

rezultoj

Ni eltrovis dum la paso de ĉi tiu artikolo, kiu estas ĉefe la kvantuma ecoj de lumo montras sin fenomeno nomita la efekto fotoeléctrico. Ĉiu fotono havas sian postenon kaj maso, kaj kiam alfrontita kun elektrono falas en ĝin. Kvantuma kaj elektrona fariĝis unu, kaj ilia kombinita energio estas konvertita en kineta energio, kiu, strikte, necesa por la efektivigo de la efekto fotoeléctrico. La ondo oscilado tiel produktitaj povas pliigi la fotono energio, sed nur ĝis certa mezuro.

Photoelectric efiko hodiaŭ estas esenca komponanto de plej specoj de ekipaĵo. Sur ĝia bazo la konstruaĵo spaco ŝipoj kaj satelitoj, evoluigi sunaj ĉeloj estas uzataj kiel fonto de helpa energio. Krome, la lumo ondoj havas grandan efikon sur la kemiaj kaj biologiaj procezoj sur la Tero. La kosto de ordinara sunlumo la plantoj estas verdaj, la tera atmosfero estas pentrita plena paletro de bluo, kaj ni vidas la mondon kiel ĝi estas.