Kwantumfysica: het quantumeigenschappen licht

Heeft u ooit gedacht over wat in feite veel lichtverschijnselen? Neem bijvoorbeeld de foto-effect, hittegolven, fotochemische processen en dergelijke - al de quantum eigenschappen van het licht. Als ze niet was ontdekt, zou wetenschappers werken niet zijn overgegaan van het dode punt, in feite, evenals wetenschappelijke en technische vooruitgang. Studie hun deel van quantumoptica, die onlosmakelijk is verbonden met dezelfde tak van de fysica.

Quantumeigenschappen licht: een definitie

Tot voor kort was de duidelijke en volledige interpretatie van deze optisch fenomeen niet kon geven. Ze worden met succes gebruikt in de wetenschap en het dagelijks leven, op deze basis niet alleen de formule, maar het hele probleem in de natuurkunde te bouwen. Formuleer een definitieve vaststelling alleen worden verkregen uit de moderne wetenschappers die de activiteiten van zijn voorgangers vatte. Dus de kwantumgolf eigenschappen van licht en - een gevolg van de eigenschappen van de stralers, waarmede atomen elektronen. Quantum (of fotonen) wordt gevormd door het feit dat een elektron verplaatst naar energie te verlagen, waardoor het elektromagnetische pulsen genereren.

De eerste optische waarnemingen

XIX столетии. De aanname over de aanwezigheid van de quantum eigenschappen van het licht verscheen in de XIXe eeuw. Wetenschappers hebben ontdekt en ijverig verschijnselen zoals diffractie, interferentie en polarisatie. Met hun hulp, de elektromagnetische golftheorie van licht werd verkregen. Het was gebaseerd op de versnelling van de beweging van elektronen in de oscillaties van het lichaam. Daardoor verwarmt, vervolgens lichtgolven verscheen achter zich. de hypothese van de eerste auteur over dit onderwerp heeft de Engelsman D. Rayleigh gevormd. Hij wordt beschouwd als een stelsel van straling gelijke en permanenten en in een beperkte ruimte. Volgens de conclusies, met een daling van hun outputgolflengten continu moeten toenemen Bovendien vereist om ultraviolet en röntgenfoto. In de praktijk is dit alles niet is bevestigd, en het duurde nog een theoreticus.

Planck formule

XX века Макс Планк – физик немецкого происхождения – выдвинул интересную гипотезу. Aan het begin van de twintigste eeuw Maks Plank - een in Duitsland geboren fysicus - heeft zij een interessante hypothese te zetten. Volgens haar heeft de emissie en absorptie van licht niet continu plaatsvinden, zoals eerder gedacht, en porties - quanta, of zoals ze fotonen genoemd. h , и он был равен 6,63·10 ^-34 Дж·с. Constante van Planck geïntroduceerd - evenredigheidsfactor vertegenwoordigd door de letter h en was gelijk aan 6,63 x 10 ^-34 J-s. v – частота света. Om de energie van elk foton te berekenen, vereist één waarde - v - de lichtfrequentie. Constante van Planck vermenigvuldigd met de frequentie, en daardoor verkregen energie van een foton. Aangezien Duitse wetenschapper nauwkeurig en goed om in een eenvoudige formule, de quantum eigenschappen van het licht, waarvan eerder was gevonden door H. Hertz, en aangeduid als het foto-elektrisch effect.

De ontdekking van de foto-elektrisch effect

Zoals we hebben gezegd, de wetenschapper Genrih Gerts was de eerste die de aandacht vestigde op de quantum eigenschappen van het licht nezamechaemye eerder. Het foto-elektrisch effect werd ontdekt in 1887 toen een wetenschapper verbonden verlicht een zinken plaat en een stang van de elektrometer. In het geval dat de plaat gaat om een positieve lading, wordt de elektrometer niet afgevoerd. Als een negatieve lading wordt afgegeven, begint het apparaat te ontladen zodra de plaat valt ultraviolette stralen. Tijdens deze hands-on ervaring werd bewezen dat de plaat wordt blootgesteld aan licht negatieve elektrische ladingen, die later de toepasselijke naam ontvangen kan uitstralen - elektronen.

Praktijkervaring Stoletova

Praktische experimenten met elektronen uitgevoerd Russische onderzoeker Alexander Stoletov. Voor zijn experimenten gebruikte hij een vacuüm glazen bol en twee elektroden. Een elektrode werd gebruikt voor krachtoverbrenging en de tweede werd verlicht, en werd met de negatieve pool van de accu gebracht. Tijdens deze bewerking begint de stroom te verhogen, maar na enige tijd werd een constante en is rechtstreeks evenredig met de lichtuitstraling. Als resultaat werd gevonden dat de kinetische energie van elektronen en vertragen de spanning niet afhankelijk van de kracht van het licht. Maar de toename van de frequentie van het licht ervoor zorgt dat dit cijfer groeien.

Nieuwe quantum eigenschappen van het licht: het foto-elektrisch effect en zijn wetten

Tijdens de ontwikkeling van Hertz de theorie en de praktijk Stoletov zijn ingetrokken drie fundamentele wetten, die, zoals later bleek, de fotonen zijn functioneren:

Мощность светового излучения, которое падает на поверхность тела, прямо пропорциональна силе тока насыщения. 1. Aan licht dat op het oppervlak van het lichaam valt is recht evenredig met de sterkte van de verzadigingsstroom.

Мощность светового излучения никак не влияет кинетическую энергию фотоэлектронов, а вот частота света является причиной линейного роста последней. 2. lampje heeft geen invloed op de kinetische energie van het foto-elektron, maar de frequentie van het licht is de oorzaak van de nieuwste lineaire groei.

Существует некая «красная граница фотоэффекта». 3. Er is een soort van "rode rand van het foto-elektrisch effect." De hoofdzaak is dat als de frequentie lager dan de frequentie indicator minimale licht voor een gegeven materiaal is, wordt het foto-elektrisch effect waargenomen.

twee theorieën botsing Moeilijkheden

Na afgeleide formule Max Planck, Science een dilemma. Eerder afgeleide en golf quantumeigenschappen licht, die een beetje later geopend was, kon niet in het kader van de algemeen aanvaarde natuurwetten. Volgens de elektromagnetische moet de oude theorie alle elektronen van het lichaam, die het licht valt in geforceerde oscillatie komen op dezelfde frequentie. Dit zou een oneindige kinetische energie die is volstrekt onmogelijk te genereren. Bovendien, voor het verzamelen van de benodigde hoeveelheid rust zou elektronenenergie blijft noodzakelijk kunnen tientallen minuten, terwijl de foto-elektrisch effect in de praktijk is er geen enkele vertraging. Verdere verwarring ontstond ook uit het feit dat de energie van de foto-elektronen is niet afhankelijk van de kracht van het licht. Bovendien heeft geen rode rand van het foto-elektrisch effect, en is niet in verhouding berekend met de frequentie van het elektron kinetische energie van licht is geopend. De oude theorie kon niet duidelijk zichtbaar uit te leggen aan het oog van fysische verschijnselen, en het nieuwe is nog niet volledig uitgewerkt.

Rationalisme Alberta Eynshteyna

Alleen in 1905, de grote natuurkundige Albert Einstein toonde in de praktijk en verwoord in theorie, wat het is - de ware aard van het licht. En kwantumgolf eigenschappen, open op twee tegenover elkaar hypothesen in gelijke delen inherent aan fotonen. Om het plaatje compleet alleen het principe van de discretie ontbrak, namelijk de exacte locatie van fotonen in de ruimte. Elk foton - een deeltje dat kan worden geabsorbeerd of geëmitteerd als geheel. Electron "slikken" naar binnen photon zijn lading op de waarde van de energie die wordt geabsorbeerd door de deeltjes toeneemt. Verder binnen de fotokathode elektron verplaatst naar het oppervlak, met behoud van een "dubbele dosis" energie, welke uitgang is omgezet in kinetische energie. Op deze eenvoudige wijze en foto-elektrisch effect wordt uitgevoerd waarbij geen vertraagde reactie uitgevoerd. Aan het einde van de elektronen produceert een quantum zelf, die ligt op het oppervlak van het lichaam, straalt met nog meer energie. Hoe groter het aantal fotonen - de sterkere straling, respectievelijk, en de fluctuatie van de lichtgolf groeit.

De eenvoudigste apparaten, die zijn gebaseerd op het principe van het foto-elektrisch effect

Na de ontdekkingen van Duitse wetenschappers in het begin van de twintigste eeuw, de toepassing krijgt in de quantum eigenschappen van het licht voor de vervaardiging van de verschillende apparaten. Uitvindingen, waarvan de werking is het foto-elektrisch effect, genaamd zonnecellen, de eenvoudigste representatieve waarvan - het vacuüm. Tot de nadelen zwakstroom geleidbaarheid, lage gevoeligheid voor langgolvige straling kan worden genoemd en daarom niet kan worden gebruikt wisselstroomkringen. De vacuüminrichting wordt veel gebruikt in fotometrie, meet men de sterkte van helderheid en lichtkwaliteit. Hij speelt ook een belangrijke rol in fototelefonah en tijdens het afspelen van audio.

Fotovoltaïsche cellen met geleidende functies

Het was een heel ander soort apparaten, die zijn gebaseerd op de quantum eigenschappen van het licht. Hun doel - om de vervoerder dichtheid te veranderen. Dit verschijnsel wordt ook wel de interne foto-elektrisch effect en het is de basis werking fotogeleiders. Deze halfgeleiders spelen een zeer belangrijke rol in ons dagelijks leven. Voor het eerst begonnen ze de retro-auto's te gebruiken. Dan bieden ze de elektronica en de batterij. In het midden van de twintigste eeuw begon te dergelijke zonnecellen toe te passen voor het bouwen van ruimteschepen. Tot nu toe, als gevolg van de interne foto-elektrisch effect opereren de tourniquets in de metro, draagbare rekenmachines en zonnepanelen.

fotochemische reacties

Licht, waarvan de aard was slechts gedeeltelijk beschikbaar wetenschap in de twintigste eeuw, in feite is het van invloed op de chemische en biologische processen. Onder invloed van stroming begint quantum moleculaire dissociatie proces en de fusie met de atomen. In de wetenschap, is dit bekend als fotochemie, en in de aard van een van haar verschijningsvormen is fotosynthese. Het gevolg is van lichtgolven processen emissie van bepaalde stoffen die door cellen in de extracellulaire ruimte, waarbij de plant green.

Invloed op de quantum eigenschappen van het licht en de menselijke visie. Om op de retina, een foton activeert het proces van afbraak van eiwitmoleculen. Deze informatie wordt getransporteerd door de neuronen in de hersenen, en na de behandeling, kunnen we allemaal het licht zien. Nightfall eiwitmolecuul wordt hersteld en visie is ondergebracht aan de nieuwe omstandigheden.

uitslagen

We vonden in de loop van dit artikel, dat is vooral de quantum eigenschappen van het licht worden weergegeven in een fenomeen genaamd de foto-elektrisch effect. Elke foton zijn lading en massa, en wanneer zich een elektron invalt. Kwantum- en elektronen tot een, dat de totale energie wordt omgezet in kinetische energie, die strikt genomen voor de uitvoering van de foto-elektrisch effect. De aldus geproduceerde golf oscillatie de foton energie te verhogen, maar slechts tot een zekere mate.

Foto-elektrisch effect van vandaag is een essentieel onderdeel van de meeste soorten apparatuur. Op de basis van het gebouw ruimteschepen en satellieten, het ontwikkelen van zonnecellen worden gebruikt als een bron van extra energie. Bovendien, de lichtgolven hebben een grote invloed op de chemische en biologische processen op aarde. De kosten van de gewone zonlicht de planten zijn groen, is de atmosfeer van de aarde geschilderd volledige palet van blauw, en we zien de wereld zoals hij is.