Кванттық физика: жарықтың кванттық қасиеттері

Сіз бір кездері шын мәнінде көптеген жеңіл құбылыстарды құрайды не туралы ойладыңыз ба? Мысалы, жылу толқындар, фотохимиялық процестер мен сияқты фотоэлектрлік күшіне енеді - жарық, барлық кванттық қасиеттері. олар табылған жоқ болса, ғалымдар жұмыстар іс жүзінде өлі нүктеден, сондай-ақ ғылыми-техникалық прогрестің көшіп емес еді. кванттық оптика олардың бөлімін оқуға, тығыз физика бірдей филиалының байланысты ол.

жарықтың кванттық қасиеттері: анықтамасы

Соңғы кезге дейін, осы нақты және жан-жақты түсіндіру оптикалық құбылыс бере алмады. Олар табысты формуласын бірақ физика бүкіл проблеманы ғана емес салу осы негізде, ғылым және күнделікті өмірде қолданылады. тек өз предшественников қызметін қорытындылады қазіргі заманғы ғалымдар алынуы қорытынды анықтау тұжырымдау. Осылайша, жарық кванттық толқындық қасиеттері және - оның эмитенттерінің ерекшеліктерін салдары, соның көмегімен атомдары электрондарды болып табылады. Кванттық (немесе фотонды) салдарынан электронның осылайша электр-магниттік сигналдарын қалыптастыру, энергетикалық деңгейін төмендету жылжиды, бұл шын мәнінде қалыптасады.

Бірінші оптикалық бақылаулар

XIX столетии. жарықтың кванттық қасиеттері болуы туралы болжам XIX ғасырда пайда болды. Ғалымдар мұқият осындай дифракциялық, араласу және поляризация ретінде құбылыстарды ашты және бар. Олардың көмегімен, жарық электромагниттік толқындар теориясы алынды. Ол дененің тербеліс кезінде электрондардың қозғалыс жеделдету негізделген болатын. Нәтижесінде, жарық толқындар кейін қызады, оның артында пайда болды. осы мәселе бойынша бірінші автордың гипотеза Englishman Д. реле қалыптасты. Ол радиациялық тең және тұрақты толқындар жүйесі ретінде қарастырылады, және тар кеңістікте жатыр. оның қорытындысына сәйкес, олардың шығу толқын ұзындығының төмендеуіне, үздіксіз өсуі тиіс, оның үстіне, ультракүлгін және рентген сəулелерін болуы қажет. Іс жүзінде, бұл барлық расталған жоқ, және ол басқа теориялық алды.

Планк формуласы

XX века Макс Планк – физик немецкого происхождения – выдвинул интересную гипотезу. неміс-туған физик - - ХХ ғасырдың Maks Plank басында қызықты гипотезаны ұсынды. Оның айтуынша, жарық сәуле шығару және жұту үздіксіз орын емес, бұрын ойладым, және шайқауға - кванты, немесе олар фотондар деп атайды. h , и он был равен 6,63·10 ^-34 Дж·с. хат сағ атынан барабарлық факторын, және ол 6,63 × 10 ^-34 Дж · с тең болды - Планктұрақтысы енгізілді. v – частота света. V - - жарық жиілігі әрбір фотон энергиясын есептеу үшін, тағы бір мәні қажет. Планктұрақтысы жиілігі көбейтілген, және нәтижесінде бір фотон энергиясын алынған. Неміс ғалымы дәл және дұрыс бұрын H. Герц тауып, және фотоэффект ретінде тағайындалған болатын қарапайым формула, жарықтың кванттық қасиеттері, бекітілген бастап.

фотоэффект ашылуы

Жоғарыда айтылғандай, ғалым Генрих GertS бұрын жарық nezamechaemye кванттық қасиеттері назар аударды кім бірінші болып. ғалым мырыш пластинаны және ток бойынша қармақты жанып қосылды кезде фотоэлектрлік құбылыстар 1887 жылы ашылған болатын. пластина оң заряды келгенде жағдайда, электрометр таусылған емес. теріс заряд шығаратын болса, құрылғы тезірек пластина ультракүлгін сәуленің құлайды ретінде, орындау үшін басталады. электрондар - бұл пластина жарық ұшырайды деп дәлелденген осы практикалық тәжірибесі барысында кейінірек тиісті атауын алды теріс электр айып, тарата алады.

Практикалық тәжірибесі Stoletova

электрондар бар практикалық тәжірибелер орыс зерттеушісі Александр генерал жүргізді. оның эксперименттер үшін ол вакуумды шыны шамды және екі электродтар қолданылады. One электрод электр энергиясын беру үшін пайдаланылған, ал екінші жанып, ол батареяның теріс полюсі жеткізілді. Осы операция барысында, ток күшін арттыру үшін басталады, бірақ біраз уақыттан кейін ол жарық сәуле үшін тұрақты және тікелей пропорционалды болды. Нәтижесінде, ол кинетикалық электрондардың энергиясы, сондай-ақ кернеу кешігіп жарық қуаты байланысты емес екендігі анықталды. Бірақ жарық жиілігін арттыру осы көрсеткішті өсе туғызады.

жарық Жаңа кванттық қасиеттері: фотоэлектрлік құбылыстар және оның заңдары

Герц теориясының дамуы барысында және генерал ретінде шықты, үш негізгі заңдарын, тәркіленген болатын практика, фотондар жұмыс істейді:

Мощность светового излучения, которое падает на поверхность тела, прямо пропорциональна силе тока насыщения. дененің бетінде құлайды 1. Қуат шамы қанықтыру ток күшін тікелей пропорционалды.

Мощность светового излучения никак не влияет кинетическую энергию фотоэлектронов, а вот частота света является причиной линейного роста последней. 2. Қуат шамы фотоэлектронная кинетикалық энергиясы әсер етпейді, бірақ жарық жиілігі соңғы сызықтық өсу себебі болып табылады.

Существует некая «красная граница фотоэффекта». 3. түрі бар «фотоэффект қызыл жиегі.» төменгі сызық жиілігі берілген материалға төменгі жиілік индикаторы аз болса, фотоэлектрлік құбылыстар байқалады, бұл. табылады

екі теориялар соқтығысу қиындықтар

формуласы Макс Планк алынған соң, ғылым дилемма тап. сәл кейінірек ашылды Бұрын алынған толқын, жарықтың кванттық қасиеттері, физика жалпы қабылданған заңдар аясында өмір сүре алмады. электромагниттік, ескі теориясы сәйкес, жарық түсіп дененің барлық электрондар, сол жиілікте мәжбүр тербеліс енеді тиіс. Бұл өте мүмкін емес шексіз кинетикалық энергиясын генерациялау еді. Сонымен қатар, демалыс қажетті көлемде жиналуына фотоэлектрлік құбылыстар, іс жүзінде, ланып кешіктіру жоқ, ал электрондардың энергетикалық, бірнеше ондаған минут мүмкіндігі болу үшін қажет болып қалар еді. Одан әрі шатасуы фо энергетикалық жарық қуатын байланысты емес, бұл шын мәнінде, сондай-ақ пайда болған. Сонымен қатар, фотоэффект қызыл жиегі жоқ, және жарық электрондардың кинетикалық энергиясын жиілігіне пропорционалды есептелген жоқ, ашылды. ескі теориясы анық физикалық құбылыстарды көзге көрінетін түсіндіре алмады, және жаңа әлі толық жүзеге жұмыс істемеген.

Рационализм Альберта Eynshteyna

ол қандай, Тек 1905 жылы, үлкен физик Альберт Эйнштейн тәжірибеде көрсетті және теориясы топсалы - жарық шынайы сипаты. фотонды тән тең үлестермен, екі қарама-қарсы бір-бірімен болжамдарын ашық және кванттық толқындық қасиеттері. сурет дискретті ғана принципін жетпей аяқтау үшін, кеңістікте фотондар дәл орналасқан жерін, яғни. Әрбір фотон - жұтып немесе тұтастай шығаратын болады бөлшектердің. фотон ішке Electron «жұтылып кетуі» бөлшектермен энергиясын жұтып құны туралы өзінің зарядын арттырады. Әрі қарай, оның бетіне Катодтық электрон қозғалады ішіндегі, шығыс кинетикалық энергиясы айналады энергия «қос дозасын», сақтай отырып. Бұл қарапайым түрде, және фотоэлектрлік әсері жоқ кешіктіріп реакция, онда жүзеге асырылады. электрон мәресінде тіпті одан да көп энергияны бар радиациялық, дененің бетінде құлайды ол кванттық өзі өндіреді. тиісінше неғұрлым қуатты радиациялық, және жарық толқынының өсіп ауытқу - өндірілген фотонды саны көп.

фотоэффект принципі негізделген қарапайым құрылғылар,

ХХ ғасырдың басында неміс ғалымдары жасаған жаңалықтардың кейін, бағдарлама түрлі құрылғыларды дайындау үшін жарықтың кванттық қасиеттері түсіп. кімнің операция фотоэлектрлік құбылыстар болып табылады өнертабыстар, күн жасушалары деп аталатын, қарапайым өкілі - вакуумды. оның кемшіліктері арасында әлсіз ағымдағы өткізгіштігі, ол айнымалы ток тізбектерінде пайдаланылуы мүмкін емес, сондықтан ұзақ толқын радиация, төмен сезімталдығы деп атауға болады. вакуумды құрылғы кеңінен фотометрия пайдаланылады, олар және жарықтық сапасын күшін өлшеу. Ол сондай-ақ fototelefonah және аудио ойнату кезінде маңызды рөл атқарады.

өткізу функцияларымен фотоэлектрлік ұяшықтар

Ол жарық кванттық қасиеттері негізделген құрылғылар, мүлдем басқа түрі болды. Олардың мақсаты - тасымалдаушы тығыздығын өзгерту үшін. Бұл құбылыс кейде ішкі фотоэлектрлік әсері деп аталады, және ол операция photoconductors негізі болып табылады. Бұл жартылай біздің күнделікті өмірде өте маңызды рөл атқарады. Олар алғаш рет ретро көліктер пайдалана бастады. Сонда олар электроника және батарея жұмысын қамтамасыз етеді. ХХ ғасырдың ортасында ғарыш кемелерін осындай күн жасушаларын қолдана бастады. Осы уақытқа дейін, ішкі фотоэффект байланысты метрода, портативті калькуляторлар және күн панельдер турникеттер жұмыс істейді.

фотохимиялық реакциялар

Light, жиырмасыншы ғасырда ғылым тек ішінара қол жетімді болды, оның табиғаты, шын мәнінде, ол химиялық және биологиялық процестер әсер етеді. ағынының әсерінен кванттық молекулалық диссоциациялану процесін бастайды және атомдар олардың бірігу. ғылым, бұл фотохимиялық ретінде белгілі, және оның көріністеріне бірі табиғатта фотосинтез табылады. Ол өсімдік жасыл болып, оған сәйкес внеклеточного кеңістігін, ішіне жасушаларында өндірілетін белгілі бір заттар шығарындыларының жарық толқындар процестеріне байланысты.

жарық және адами тұрғысынан кванттық қасиеттерін әсер етеді. сетчатке алу, фотон ақуыз молекулаларының ыдырау процесін тудырады. Бұл ақпарат ми нейрондық тасымалданады, емдеу және кейін, біз барлық жарық көре аласыз. Nightfall ақуыз молекуласы қалпына мен пайымдауы жаңа жағдайларға орналастырылады.

нәтижелері

Біз жарықтың кванттық қасиеттері фотоэлектрлік эффект деп аталатын құбылыс көрсетілген негізінен болып табылатын, осы баптың барысында табылған. Әрбір фотон өзінің зарядын және массасын бар, және электрон тап оған түсіп кезде. Кванттық және электронды бірі болды, және олардың аралас энергия қатаң фотоэффект жүзеге асыру үшін қажетті, сөйлейтін, ол кинетикалық энергиясына айналады. осылайша өндірілетін тербелісі бірақ тек белгілі бір шамада үшін, фотон энергиясын арттыруға мүмкін.

Фотоэффект бүгін жабдықтарды ең түрлерін маңызды құрамдас бөлігі болып табылады. оның негізі құрылыс ғарыш кемелері мен спутниктер туралы, күн элементтерін дамыту қосалқы энергия көзі ретінде қолданылады. Сонымен қатар, жеңіл толқындар Жер бетінде химиялық және биологиялық процестер үлкен әсерін тигізеді. өсімдіктер жасыл қарапайым күн сәулесінің шығыстар, Жердің атмосферасы көк толық палитрасын боялған, және ол, біз әлемді қараңыз.