Quantum physics: ang quantum properties ng liwanag

Nakarating na ba naisip tungkol sa kung ano ang bumubuo sa katunayan maraming liwanag phenomena? Halimbawa, gawin ang photoelectric epekto, heat waves, photochemical proseso at mga katulad nito - ang lahat ng quantum katangian ng liwanag. Kung sila ay hindi pa natuklasan, siyentipiko gawa hindi sana inilipat mula sa mga patay punto, sa katunayan, pati na rin ang pang-agham at teknikal na pag-unlad. Pag-aralan ang kanilang mga seksyon ng optika kabuuan, na kung saan ay inextricably naka-link sa parehong sangay ng pisika.

Quantum properties ng ilaw: ang kahulugan

Hanggang kamakailan, ang malinaw at komprehensibong interpretasyon ukol sa optical kababalaghan ay hindi maaaring magbigay. Matagumpay Sila ay ginagamit sa agham at araw-araw na buhay, sa batayan na ito upang bumuo ng hindi lamang ang mga formula ngunit ang buong problema sa pisika. Magbalangkas ng isang pangwakas na pagpapasiya maaaring makuha lamang mula sa mga modernong siyentipiko na summed up ang mga gawain ng kanyang predecessors. Kaya, ang quantum wave katangian ng liwanag at - isang kinahinatnan ng mga tampok ng kanyang mga emitters na ipinangangasiwa atoms ay electron. Quantum (o photon) ay nabuo dahil sa ang katunayan na ang isang elektron gumagalaw upang babaan ang enerhiya na antas, sa gayon ay bumubuo ng koryente magnetic pulses.

Ang unang optical obserbasyon

XIX столетии. Palagay tungkol sa pagkakaroon ng quantum katangian ng liwanag ay lumitaw sa siglo XIX. Natuklasan ng mga siyentipiko at diligently phenomena tulad ng pagdidiprakt, panghihimasok at polariseysyon. Sa kanilang tulong, ang electromagnetic alon teorya ng ilaw ay nagmula. Ito ay batay sa acceleration ng kilusan ng mga electron sa panahon ng oscillations ng katawan. Bilang isang resulta, Heats, na sinusundan ng mga alon ng liwanag ay lumitaw sa likod niya. hypothesis Ang unang may-akda sa paksang ito ay nabuo ang Englishman D. Rayleigh. Siya ay itinuturing na isang sistema ng radiation pantay at permanenteng waves, at sa isang makulong space. Ayon sa kanyang konklusyon, na may isang pagbawas sa kanilang output wavelength ay dapat na magpataas patuloy, at saka, kinakailangan na magkaroon ng ultraviolet at x-ray. Sa pagsasagawa, ang lahat ng ito ay hindi pa nakumpirma, at ito kinuha ng isa pang teoriko.

formula ni Planck

XX века Макс Планк – физик немецкого происхождения – выдвинул интересную гипотезу. Sa simula ng XX siglo Maks Plank - isang Aleman-ipinanganak physicist - ay ilagay sa harap ng isang nakawiwiling teorya. Ayon sa kanya, ang emission at pagsipsip ng liwanag ay hindi magaganap patuloy na, tulad ng dati-iisip, at mga bahagi - quanta, o bilang ito ay tinatawag photons. h , и он был равен 6,63·10 ^-34 Дж·с. Planck 's tapat ay ipinakilala - pagkaproporsyonado kadahilanan kinakatawan ng mga titik h, at ito ay katumbas ng 6.63 × 10 ^-34 J · s. v – частота света. Upang makalkula ang enerhiya ng bawat poton, kailangan ng isa ng karagdagang halaga - v - ang dalas ng liwanag. Planck 's tapat multiply sa dalas, at bilang isang resulta na nakuha sa ang enerhiya ng isang solong poton. Dahil German scientist tumpak at tama secured sa isang simpleng formula, ang quantum properties ng liwanag, na kung saan ay dati nang nai-natagpuan sa pamamagitan ng H. Hertz, at mahalaan ito bilang ang photoelectric epekto.

Ang pagkatuklas ng ang photoelectric epekto

Bilang namin ang sinabi, ang siyentipiko Genrih Gerts ay ang unang na iginuhit pansin ang quantum properties ng liwanag nezamechaemye mas maaga. Ang photoelectric epekto ay natuklasan noong 1887 kapag ang isang scientist sumali iluminado isang sim plate at ang pamalo ng electrometer. Sa kaso kung saan ang mga plato pagdating sa isang positibong bayad, ang electrometer ay hindi discharged. Kung ang isang negatibong singil ay napalabas, ang aparato ay nagsisimula upang mag-ibis, sa lalong madaling ang plato ay bumaba ultraviolet ray. Sa panahon ng hands-on na karanasan ito ay pinatunayan na ang plate ay nailantad sa liwanag ay maaaring magsanga negatibong electric singil, na kung saan mamaya natanggap ang naaangkop na pangalan - electron.

Praktikal na karanasan Stoletova

Praktikal na mga eksperimento na may electron isinasagawa Russian tagapagpananaliksik Alexander stoletov. Para sa kanyang mga eksperimento ginamit niya ang isang vacuum baso bombilya at dalawang electrodes. Isa elektrod ay ginagamit para sa paghahatid ng kapangyarihan, at ang pangalawa ay iluminado, at ito ay dinala sa mga negatibong pol ng baterya. Sa panahon ng operasyon ito, ang kasalukuyang nagsisimula upang madagdagan ang lakas, ngunit pagkatapos ng isang habang ito ay naging isang pare-pareho at direkta proporsyonal sa ang radiation ng liwanag. Bilang isang resulta, ito ay natagpuan na ang kinetiko enerhiya ng mga electron pati na rin ang bimbin ang boltahe ay hindi nakasalalay sa ang kapangyarihan ng liwanag. Ngunit ang pagtaas sa ang dalas ng liwanag nagiging sanhi sa paglaki figure na ito.

New quantum properties ng ilaw: ang photoelectric epekto at mga batas nito

Sa panahon ng pag-unlad ng Hertz teorya at pagsasanay stoletov ay na-withdraw tatlong pangunahing mga batas, na kung saan, bilang ito naka-out, ang mga photon ay gumagana:

Мощность светового излучения, которое падает на поверхность тела, прямо пропорциональна силе тока насыщения. 1. Power liwanag na babagsak sa ibabaw ng katawan ay direkta proporsyonal sa ang lakas ng saturation kasalukuyang.

Мощность светового излучения никак не влияет кинетическую энергию фотоэлектронов, а вот частота света является причиной линейного роста последней. 2. Power ilaw ay hindi nakakaapekto sa kinetiko enerhiya ng photoelectron, ngunit ang dalas ng liwanag ay ang sanhi ng ang pinakabagong mga linear na paglago.

Существует некая «красная граница фотоэффекта». 3. May ay isang uri ng "red gilid ng photoelectric effect." Sa kahulihan ay na kung ang dalas ay mas mababa kaysa sa minimum na dalas tagapagpahiwatig ilaw para sa isang naibigay na materyal, ang photoelectric epekto ay na-obserbahan.

dalawang theories banggaan Hirap

Pagkatapos formula nagmula Max Planck, Science nahaharap sa isang mahirap na kalagayan. Dati nagmula alon, at quantum properties ng liwanag, na kung saan ay bukas sa isang maliit na mamaya, ay hindi maaaring umiiral sa ang balangkas ng pangkalahatang tinatanggap na mga batas ng pisika. Alinsunod sa mga electromagnetic, ang lumang teorya, ang lahat ng mga electron sa katawan, na kung saan ay bumaba sa light baga'y ang naparirito sa sapilitang imbayog sa parehong dalas. Ito ay bumuo ng isang walang-katapusang kinetic enerhiya na ay lubos na imposible. Dagdag pa rito, para sa akumulasyon ng mga kinakailangang halaga ng natitirang bahagi ay mananatili ang mga elektron enerhiya ay kinakailangan upang ma-sampu-sampung minuto, habang ang photoelectric epekto, sa kasanayan, mayroong hindi ang slightest pagkaantala. Ang karagdagang pagkalito lumitaw din mula sa katotohanan na ang enerhiya ng photoelectrons ay hindi nakasalalay sa ang kapangyarihan ng liwanag. Dagdag pa rito, hindi baga ang pulang gilid ng photoelectric epekto, at ay hindi kinakalkula proporsyonal sa dalas ng elektron kinetiko enerhiya ng liwanag ay nabuksan. Ang lumang teorya ay hindi maaaring ipaliwanag malinaw na nakikita sa mata ng mga pisikal na phenomena, at ang bagong ay hindi pa ganap na nagtrabaho out.

Rationalism Alberta Eynshteyna

Tanging sa 1905, ang mahusay na pisisista Albert Einstein ay nagpakita sa kasanayan at articulated sa teorya, kung ano ito ay - ang tunay na likas na katangian ng liwanag. At kabuuan properties alon, bukas sa pamamagitan ng dalawang magkatapat hypotheses sa pantay na mga bahagi na likas na photons. Upang makumpleto ang larawan kulang lamang sa prinsipyo ng discreteness, ibig sabihin ang eksaktong lokasyon ng photons sa space. Ang bawat poton - isang maliit na butil na maaaring hinihigop o napalabas bilang isang buo. Electron "paglunok" paloob photon ay tumitindi sa pagsingil sa ang halaga ng enerhiya hinihigop ng particle. Dagdag dito, sa loob ng photocathode electron gumagalaw sa ibabaw nito, habang ang pagpapanatili ng isang "double dosis" ng enerhiya, na kung saan output ay transformed sa kinetiko enerhiya. Sa ganitong simpleng paraan, at photoelectric epekto ay isinasagawa kung saan walang mga naantalang reaksyon. Sa tapusin ng ang mga elektron ay gumagawa ng isang quantum mismo, na kung saan ay bumaba sa ibabaw ng katawan, radiate may higit pang mga enerhiya. Ang mas malaki ang bilang ng mga photons ginawa - ang mas malakas na radiation, ayon sa pagkakabanggit, at ang pagbabagu-bago ng ilaw alon ay lumalaki.

Ang pinakasimpleng mga aparato, na kung saan ay batay sa mga prinsipyo ng photoelectric epekto

Matapos ang pagtuklas na ginawa ng German siyentipiko sa simula ng ikadalawampu siglo, ang application ay makakakuha ng papunta sa quantum properties ng liwanag para sa paggawa ng iba't-ibang mga aparato. Imbensyon, na ang operasyon ay ang photoelectric epekto, na tinatawag na solar cell, ang pinakasimpleng kinatawan ng kung saan - ang vacuum. Kabilang sa kanyang mga disadvantages ay maaaring tinatawag na mahina kasalukuyang kondaktibiti, mababang sensitivity sa mahabang wave radiation, na kung saan ay kung bakit ito ay hindi maaaring gamitin sa AC circuits. Ang vacuum aparato ay malawakang ginagamit sa potometrya, sukatin nila ang lakas ng liwanag at liwanag kalidad. Siya rin ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa fototelefonah at sa panahon ng audio playback.

Photovoltaic cells na may mga pag-andar pagpapadaloy

Ito ay ganap ng isang iba't ibang mga uri ng mga aparato, na kung saan ay batay sa mga katangian ng kabuuan ng liwanag. Ang kanilang layunin - upang baguhin ang mga carrier density. Kababalaghan na ito ay minsan ay tinatawag na panloob na photoelectric epekto, at ito ay ang batayan ng operasyon photoconductors. Ang mga Semiconductors ay naglalaro ng isang mahalagang papel na ginagampanan sa ating pang araw-araw na buhay. Para sa unang pagkakataon na sila ay nagsimulang upang gamitin ang retro kotse. Pagkatapos ay nagbibigay sila ng electronics at baterya operasyon. Sa gitna ng ikadalawampu siglo ay nagsimulang mag-apply tulad ng solar cells para sa pagbuo ng mga spaceships. Hanggang ngayon, dahil sa ang panloob na photoelectric effect patakbuhin ang turnstiles sa subway, portable calculators at mga solar panels.

photochemical reaksyon

Banayad na, ang likas na katangian ng kung saan ay lamang bahagyang available science sa ikadalawampung siglo, sa katunayan, ito ay nakakaapekto sa kemikal at biological na proseso. Sa ilalim ng impluwensiya ng daloy nagsisimula quantum molecular paghihiwalay proseso at ang kanilang pagsama-sama na may mga atoms. Sa science, ito ay kilala bilang potokimika, at sa likas na katangian ng isa sa kanyang mga manifestations ay potosintesis. Ito ay dahil sa light waves proseso ng pagpapalabas ng ilang mga sangkap nagawa sa pamamagitan ng mga cell sa ekstraselyular space, kung saan ang mga halaman ay nagiging kulay berde.

Makakaapekto sa quantum katangian ng liwanag at paningin ng tao. Pagkuha sa retina, isang poton trigger ang proseso ng agnas ng protina molecules. Ang impormasyon na ito ay transported sa pamamagitan neurons sa utak, at pagkatapos ng paggamot, maaari namin ang lahat ng makita ang liwanag. Nightfall protina Molekyul ay naibalik at paningin ay tinatanggap sa bagong kundisyon.

mga resulta

Nahanap namin ang out sa kurso ng artikulong ito, na kung saan ay higit sa lahat ang kabuuan properties ng liwanag ay ipinapakita sa isang hindi pangkaraniwang bagay na tinatawag na ang photoelectric epekto. Ang bawat poton ay may bayad at masa, at kapag confronted na may isang elektron mapailalim sa ito. Quantum at elektron maging isa, at ang kanilang pinagsamang enerhiya ay convert sa kinetiko enerhiya, na kung saan, mahigpit na nagsasalita, na kailangan para sa pagpapatupad ng ang photoelectric epekto. Ang wave oscillation sa gayon ay ginawa ay maaaring taasan ang poton enerhiya, ngunit lamang sa isang tiyak na sukatan.

Photoelectric effect araw na ito ay isang mahalagang bahagi ng karamihan ng mga uri ng mga kagamitan. Sa mismong batayan ng gusali space ships at satellite, bumuo ng solar cells ay ginagamit bilang isang mapagkukunan ng auxiliary enerhiya. Sa karagdagan, ang ilaw waves ay may isang mahusay na epekto sa mga kemikal at biological na proseso sa Earth. Ang gastos ng ordinaryong sikat ng araw ang mga halaman ay naging berde, kapaligiran ng earth ay lagyan ng kulay ang buong palette ng kulay bughaw, at nakikita natin sa mundo bilang ito ay.