Η κβαντική φυσική: οι κβαντικές ιδιότητες του φωτός

Έχετε ποτέ σκεφτεί τι συνιστά στην πραγματικότητα πολλές φως φαινόμενα; Για παράδειγμα, πάρτε το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, καύσωνες, φωτοχημικές διεργασίες και τα παρόμοια - όλες τις κβαντικές ιδιότητες του φωτός. Αν δεν είχε ανακαλυφθεί, οι επιστήμονες έργα δεν θα έχουν μετακινηθεί από το νεκρό σημείο, στην πραγματικότητα, καθώς και την επιστημονική και τεχνική πρόοδο. Μελέτη τμήμα τους της κβαντικής οπτικής, η οποία είναι άρρηκτα συνδεδεμένη με τον ίδιο κλάδο της φυσικής.

Κβαντικές ιδιότητες του φωτός: ορισμός

Μέχρι πρόσφατα, η σαφής και ολοκληρωμένη ερμηνεία της παρούσας οπτικό φαινόμενο δεν θα μπορούσε να δώσει. Έχουν χρησιμοποιηθεί με επιτυχία στην επιστήμη και την καθημερινή ζωή, σε αυτή τη βάση για την κατασκευή όχι μόνο τον τύπο αλλά και το όλο πρόβλημα στη φυσική. Διατυπώστε το τελικό συμπέρασμα πρέπει να λαμβάνονται μόνο από τη σύγχρονη επιστήμονες που συνόψισε τις δραστηριότητες των προκατόχων του. Έτσι, οι κβαντικές ιδιότητες κύματος του φωτός και - μια συνέπεια των χαρακτηριστικών της εκπομπούς της, wherewith άτομα είναι ηλεκτρόνια. Quantum (ή φωτονίων) σχηματίζεται εξαιτίας του γεγονότος ότι ένα ηλεκτρόνιο κινείται να μειώσουν το επίπεδο ενέργειας, δημιουργώντας έτσι τις ηλεκτρο-μαγνητικών παλμών.

Οι πρώτες οπτικές παρατηρήσεις

XIX столетии. Η υπόθεση που αφορά την παρουσία των κβαντικών ιδιοτήτων του φωτός εμφανίστηκε στο ΧΙΧ αιώνα. Οι επιστήμονες έχουν ανακαλύψει και επιμελώς φαινόμενα όπως η διάθλαση, παρεμβολές και πόλωση. Με τη βοήθειά τους, η ηλεκτρομαγνητική θεωρία των κυμάτων του φωτός που προέρχεται. Βασίστηκε στην επιτάχυνση της κίνησης των ηλεκτρονίων κατά τη διάρκεια των ταλαντώσεων του σώματος. Ως αποτέλεσμα, θερμαίνει, που ακολουθείται από τα κύματα του φωτός εμφανίστηκε πίσω του. υπόθεση του πρώτου συγγραφέα για το θέμα αυτό αποτέλεσε τη Άγγλος Δ Rayleigh. Θεωρείται ως ένα σύστημα ακτινοβολίας ίση και μόνιμη κύματα, και σε περιορισμένο χώρο. Σύμφωνα με τα συμπεράσματά του, με μία μείωση στην μήκη κύματος εξόδου τους θα πρέπει να αυξηθεί συνεχώς, εξάλλου, απαιτείται να έχουν υπεριώδη και ακτινογραφίες. Στην πράξη, όλα αυτά δεν έχει επιβεβαιωθεί, και πήρε ένα άλλο θεωρητικό.

τύπου του Planck

XX века Макс Планк – физик немецкого происхождения – выдвинул интересную гипотезу. Στις αρχές του ΧΧ αιώνα Maks Plank - ένα γερμανικής καταγωγής φυσικός - έχει υποβάλει μια ενδιαφέρουσα υπόθεση. Σύμφωνα με αυτήν, η εκπομπή και απορρόφηση του φωτός δεν συμβαίνουν συνεχώς, όπως πιστευόταν παλαιότερα, και τα τμήματα - κβάντα, ή όπως ονομάζονται φωτόνια. h , и он был равен 6,63·10 ^-34 Дж·с. σταθερά του Planck εισήχθη - συντελεστής αναλογικότητας που αντιπροσωπεύεται από το γράμμα h, και ήταν ίση με 6,63 × 10 ^-34 J · s. v – частота света. Για να υπολογιστεί η ενέργεια του κάθε φωτονίου, απαιτείται μία μεγαλύτερη αξία - κατά - τη συχνότητα του φωτός. σταθερά του Planck πολλαπλασιάζεται με τη συχνότητα, και ως αποτέλεσμα λαμβάνεται η ενέργεια ενός φωτονίου. Δεδομένου ότι η γερμανική επιστήμονας με ακρίβεια και σωστά ασφαλίζεται σε έναν απλό τύπο, τις κβαντικές ιδιότητες του φωτός, η οποία είχε προηγουμένως βρεθεί από τους Η Hertz, και ορίστηκε ως το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο.

Η ανακάλυψη του φωτοηλεκτρικό φαινόμενο

Όπως έχουμε πει, ο επιστήμονας Genrih Gerts ήταν ο πρώτος που επέστησε την προσοχή στις κβαντικές ιδιότητες του φωτός nezamechaemye νωρίτερα. Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο ανακαλύφθηκε το 1887, όταν ένας επιστήμονας ενώνονται φωτίζεται μία πλάκα ψευδαργύρου και μια ράβδο του ηλεκτρόμετρου. Στην περίπτωση όπου η πλάκα έρχεται σε θετικό φορτίο, το ηλεκτρόμετρου δεν έχει εκκαθαριστεί. Εάν ένα αρνητικό φορτίο εκπέμπεται, η συσκευή αρχίζει να αποφορτίζεται, μόλις η πλάκα πέφτει υπεριώδη ακτίνα. Κατά τη διάρκεια αυτής της hands-on εμπειρία αποδείχθηκε ότι η πλάκα εκτίθεται στο φως μπορεί να εκπέμπει αρνητικά ηλεκτρικά φορτία, τα οποία αργότερα έλαβε το κατάλληλο όνομα - ηλεκτρόνια.

Πρακτική Stoletova εμπειρία

Πρακτικά πειράματα με ηλεκτρόνια που διεξάγονται ρωσικά ερευνητής Αλέξανδρος Stoletov. Για τα πειράματά του χρησιμοποίησε ένα ποτήρι κενό λάμπα και δύο ηλεκτρόδια. Ένα ηλεκτρόδιο χρησιμοποιήθηκε για τη μετάδοση ισχύος, και η δεύτερη φωτίστηκε, και ασκήθηκε στον αρνητικό πόλο της μπαταρίας. Κατά τη διάρκεια αυτής της λειτουργίας, το ρεύμα αρχίζει να αυξάνεται αντοχή, αλλά μετά από λίγο έγινε μια σταθερή και ευθέως ανάλογη προς τη ακτινοβολία του φωτός. Ως αποτέλεσμα, βρέθηκε ότι η κινητική ενέργεια των ηλεκτρονίων καθώς και την καθυστέρηση της τάσης δεν εξαρτάται από τη δύναμη του φωτός. Όμως, η αύξηση της συχνότητας του φωτός προκαλεί να αυξάνεται το ποσοστό αυτό.

Νέα κβαντικές ιδιότητες του φωτός: το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο και τους νόμους της

Κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης των Hertz της θεωρίας και της πρακτικής Stoletov είχε αποσυρθεί τρεις βασικούς νόμους, που, όπως αποδείχθηκε, τα φωτόνια είναι που λειτουργούν:

Мощность светового излучения, которое падает на поверхность тела, прямо пропорциональна силе тока насыщения. 1. φωτεινή ένδειξη τροφοδοσίας που πέφτει πάνω στην επιφάνεια του σώματος είναι ευθέως ανάλογη προς την ένταση του ρεύματος κορεσμού.

Мощность светового излучения никак не влияет кинетическую энергию фотоэлектронов, а вот частота света является причиной линейного роста последней. 2. Η λυχνία λειτουργίας δεν επηρεάζει την κινητική ενέργεια των φωτοηλεκτρονίων, αλλά η συχνότητα του φωτός είναι η αιτία της τελευταίας γραμμική ανάπτυξη.

Существует некая «красная граница фотоэффекта». 3. Υπάρχει ένα είδος «κόκκινη άκρη του φωτοηλεκτρικού φαινομένου». Η ουσία είναι ότι αν η συχνότητα είναι μικρότερη από την ελάχιστη φωτεινή ένδειξη συχνότητας για ένα δεδομένο υλικό, το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο παρατηρείται.

δύο θεωρίες Δυσκολίες σύγκρουσης

Μετά τύπου προέρχονται Max Planck, Science αντιμέτωποι με ένα δίλημμα. Προηγουμένως προέρχονται κύμα, και κβαντικές ιδιότητες του φωτός, οι οποίες ήταν ανοικτές λίγο αργότερα, δεν θα μπορούσαν να υπάρχουν στο πλαίσιο των γενικά αποδεκτές νόμους της φυσικής. Σύμφωνα με την ηλεκτρομαγνητική, η παλιά θεωρία, όλα τα ηλεκτρόνια του σώματος, η οποία πέφτει το φως πρέπει να τεθεί σε εξαναγκασμένη ταλάντωση στην ίδια συχνότητα. Αυτό θα δημιουργήσει μια άπειρη κινητική ενέργεια που είναι εντελώς αδύνατο. Επιπλέον, για τη συσσώρευση της απαιτούμενης ποσότητας υπόλοιπο θα παραμείνει η ενέργεια των ηλεκτρονίων είναι απαραίτητο να είναι σε θέση να δεκάδες λεπτά, ενώ το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, στην πράξη, δεν υπάρχει η παραμικρή καθυστέρηση. Περαιτέρω σύγχυση προέκυψε επίσης από το γεγονός ότι η ενέργεια των φωτοηλεκτρονίων δεν εξαρτάται από τη δύναμη του φωτός. Επιπλέον, δεν έχει την κόκκινη άκρη του φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, και δεν υπολογίστηκε ανάλογη προς τη συχνότητα του ηλεκτρονίου κινητική ενέργεια του φωτός έχει ανοιχτεί. Η παλιά θεωρία δεν μπορεί να εξηγήσει με σαφήνεια ορατά με το μάτι των φυσικών φαινομένων, και το νέο δεν έχει ακόμα συνεργαστεί πλήρως έξω.

Ορθολογισμός Αλμπέρτα Eynshteyna

Μόνο το 1905, ο μεγάλος φυσικός Άλμπερτ Αϊνστάιν έδειξε στην πράξη και αρθρώνεται στη θεωρία, αυτό που είναι - η αληθινή φύση του φωτός. Και κβαντικές ιδιότητες των κυμάτων, ανοιχτό από δύο αντίθετες μεταξύ τους υποθέσεις σε ίσα μέρη εγγενής σε φωτόνια. Για να ολοκληρωθεί η εικόνα έλειπε μόνο η αρχή της διακριτικότητα, δηλαδή την ακριβή τοποθεσία του φωτόνια στο διάστημα. Κάθε φωτόνιο - ένα σωματίδιο το οποίο μπορεί να απορροφηθεί ή να εκπέμπονται στο σύνολό της. Electron «καταπίνει» προς τα μέσα φωτονίων αυξάνει την επιβάρυνση του σχετικά με την αξία της ενέργειας που απορροφάται από τα σωματίδια. Περαιτέρω, στο εσωτερικό το ηλεκτρόνιο φωτοκάθοδο κινείται προς την επιφάνειά του, διατηρώντας παράλληλα ένα «διπλή δόση» της ενέργειας, η οποία έξοδος μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια. Με αυτόν τον απλό τρόπο, και φωτοηλεκτρικό φαινόμενο διεξάγεται στα οποία καμία καθυστερημένη αντίδραση. Στον τερματισμό του ηλεκτρονίου παράγει η ίδια ένα κβαντικό, το οποίο πέφτει πάνω στην επιφάνεια του σώματος, ακτινοβολώντας με ακόμη περισσότερη ενέργεια. Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των φωτονίων που παράγονται - η πιο ισχυρή ακτινοβολία, αντίστοιχα, και η διακύμανση του κύματος φωτός μεγαλώνει.

Οι πιο απλό συσκευές, οι οποίες βασίζονται στην αρχή της φωτοηλεκτρικό φαινόμενο

Μετά τις ανακαλύψεις που έγιναν από Γερμανούς επιστήμονες στις αρχές του εικοστού αιώνα, η αίτηση γίνεται στις κβαντικές ιδιότητες του φωτός για την κατασκευή των διαφόρων συσκευών. Εφευρέσεις, η λειτουργία των οποίων είναι η φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, που ονομάζεται ηλιακά κύτταρα, ο απλούστερος εκπρόσωπος των οποίων - το κενό. Μεταξύ των μειονεκτημάτων του μπορεί να κληθεί ασθενών ρευμάτων αγωγιμότητας, χαμηλή ευαισθησία σε μεγάλη ακτινοβολία κύμα, το οποίο είναι ο λόγος που δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος. Η συσκευή κενού χρησιμοποιείται ευρέως σε φωτομετρία, μετρούν τη δύναμη της φωτεινότητας και την ποιότητα του φωτός. Παίζει επίσης σημαντικό ρόλο στην fototelefonah και κατά την αναπαραγωγή ήχου.

Φωτοβολταϊκά κύτταρα με λειτουργίες αγωγιμότητας

Ήταν αρκετά ένας διαφορετικός τύπος συσκευών, οι οποίες βασίζονται στις κβαντικές ιδιότητες του φωτός. Ο σκοπός τους - για να αλλάξετε την πυκνότητα φορέα. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται μερικές φορές το εσωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, και είναι η βάση της φωτοαγωγούς λειτουργίας. Αυτές οι ημιαγωγοί παίζει ένα πολύ σημαντικό ρόλο στην καθημερινή μας ζωή. Για πρώτη φορά άρχισαν να χρησιμοποιούν τα ρετρό αυτοκίνητα. Στη συνέχεια, παρέχουν τη λειτουργία των ηλεκτρονικών και της μπαταρίας. Στα μέσα του εικοστού αιώνα άρχισαν να ισχύουν όπως τα ηλιακά κύτταρα για την κατασκευή διαστημόπλοια. Μέχρι τώρα, λόγω της εσωτερικής φωτοηλεκτρικό φαινόμενο λειτουργούν τα τουρνικέ στο μετρό, φορητές αριθμομηχανές και ηλιακούς συλλέκτες.

φωτοχημικές αντιδράσεις

Φως, η φύση του οποίου ήταν μόνο εν μέρει διαθέσιμα επιστήμης στον εικοστό αιώνα, στην πραγματικότητα, αυτό επηρεάζει τη χημικές και βιολογικές διεργασίες. Κάτω από την επίδραση της ροής ξεκινά κβαντικής διαδικασία μοριακής διαστάσεως και συγχώνευση τους με τα άτομα. Στην επιστήμη, αυτό είναι γνωστό ως φωτοχημικές αντιδράσεις, και τη φύση της μια από τις εκφάνσεις της είναι η φωτοσύνθεση. Είναι οφείλεται σε κύματα φωτός διεργασίες των εκπομπών ορισμένων ουσιών που παράγονται από τα κύτταρα εντός του εξωκυτταρικού χώρου, οπότε το φυτό γίνεται πράσινο.

Επηρεάζουν τις κβαντικές ιδιότητες του φωτός και της ανθρώπινης όρασης. Να πάρει στον αμφιβληστροειδή, ένα φωτόνιο ενεργοποιεί τη διαδικασία της αποσύνθεσης των μορίων πρωτεΐνης. Η πληροφορία αυτή μεταφέρεται από τους νευρώνες στον εγκέφαλο, και μετά τη θεραπεία, μπορούμε όλοι να δούμε το φως. Nightfall μόριο πρωτεΐνης αποκαθίσταται και το όραμα στεγάζεται στις νέες συνθήκες.

αποτελέσματα

Εμείς ανακαλύψαμε κατά τη διάρκεια αυτού του άρθρου, η οποία είναι κατά κύριο λόγο οι κβαντικές ιδιότητες του φωτός παρουσιάζεται σε ένα φαινόμενο που ονομάζεται φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Κάθε φωτόνιο έχει φορτίο και η μάζα του, και όταν έρχονται αντιμέτωποι με ένα ηλεκτρόνιο πέφτει σε αυτό. Η κβαντική και ηλεκτρονίων γίνονται ένα, και σε συνδυασμό ενέργειά τους μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια, η οποία, για να κυριολεκτήσουμε, είναι αναγκαία για την εφαρμογή του φωτοηλεκτρικού φαινομένου. Η ταλάντωση κύμα που παράγεται έτσι μπορεί να αυξήσει την ενέργεια των φωτονίων, αλλά μόνο σε ένα ορισμένο μέτρο.

Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο σήμερα είναι ένα βασικό συστατικό των περισσότερων τύπων εξοπλισμού. Με βάση τα διαστημικά σκάφη κτίριο και τους δορυφόρους, να αναπτύξουν τα ηλιακά κύτταρα που χρησιμοποιούνται ως πηγή της βοηθητικής ενέργειας. Επιπλέον, τα φωτεινά κύματα έχουν μεγάλη επίδραση στις χημικές και βιολογικές διεργασίες στη Γη. Το βάρος των απλών φως του ήλιου τα φυτά είναι πράσινα, την ατμόσφαιρα της γης είναι βαμμένο πλήρη παλέτα του μπλε, και βλέπουμε τον κόσμο όπως είναι.