Kwantumfysika: it kwantum eigenskippen fan ljocht

Ha jo wolris tocht oer wat foarmet feitlik in soad ljocht ferskynsels? Bygelyks, nim de PHOTOELECTRIC effekt, waarmte weagen, photochemical prosessen en soksoarte - al it kwantum eigenskippen fan ljocht. At hja hiene net ûntdutsen, wittenskippers wurken soe net hawwe ferpleatst út 'e deaden punt, yn feite, likegoed as wittenskiplike en technyske foarútgong. Studearje harren diel fan kwantum optika, dat is ûnskiedber ferbûn mei deselde tûke fan de natuerkunde.

Kwantum eigenskippen fan ljocht: a definysje

Oant koartlyn, de dúdlike en wiidweidige útlis fan dizze optyske ferskynsel koe net jaan. Se wurde mei sukses brûkt yn de wittenskip en it deistich libben, op dizze basis te bouwen net allinne de formule mar de hiele probleem yn natuerkunde. Formulearje in definityf bepaling krigen wurde allinne út moderne wittenskippers dy't fette de aktiviteiten fan syn foargongers. Sa, it kwantum weach eigenskippen fan ljocht en - in gefolch fan 'e mooglikheden fan syn emitters, dêr't atomen binne elektroanen. Quantum (of foton) wurdt foarme fanwege it feit dat in elektron beweecht ta legere enerzjy nivo, dus it opwekken fan it elektro-magnetic pulses.

De earste optyske waarnimmings

XIX столетии. De ferûnderstelling oer de oanwêzigens fan it kwantum eigenskippen fan ljocht ferskynde yn de XIX ieu. Wittenskippers hawwe ûntdutsen en iverich ferskynsels lykas Diffraktion, hinderjen en polarisaasje. Mei harren help, de elektromagnetyske weach teory fan it ljocht waard ôflaat. It wie basearre op de fersnelling fan de beweging fan de elektroanen yn de oscillations fan it lichem. Dêrtroch verwarmt, folge troch weagen fan ljocht ferskynde efter him. De earste skriuwer syn hypoteze op dit ûnderwerp hat foarme de Ingelsman D. Rayleigh. Hy wurdt beskôge as in systeem fan strieling gelikense en permaninte weagen, en yn in beheind romte. Neffens syn konklúzjes, mei in delgong fan harren útfier golflingten moatte tanimme kontinu, boppedat, nedich te hawwen Ultraviolet en x-rays. Yn 'e praktyk, dit alles noch net befêstige, en it duorre in oare teoretikus.

Planck syn formule

XX века Макс Планк – физик немецкого происхождения – выдвинул интересную гипотезу. Oan it begjin fan 'e XX ieu Maks Plank - in Dútsk-berne natuerkundige - hat sette foaren in nijsgjirrige hypoteze. Neffens har, de útstjit en de opname fan it ljocht net ûntstean kontinu, lykas earder tocht, en dielen - quanta, of sa't se hjitte fotoanen. h , и он был равен 6,63·10 ^-34 Дж·с. Planck syn konstante waard yntrodusearre - evenredichheid faktor fertsjintwurdige troch de letter h, en it wie gelyk oan 6,63 × 10 ^-34 J · s. v – частота света. Om te berekkenjen de enerzjy fan eltse foton, nedich ien mear wearde - v - de frekwinsje fan ljocht. Planck syn konstante fermannichfâldige troch de frekwinsje, en as gefolch krige de enerzjy fan ien foton. Sûnt Dútske wittenskipper sekuer en korrekt befeilige yn in ienfâldige formule, it kwantum eigenskippen fan ljocht, dat hie earder al fûn troch H. Hertz, en oantsjut as de PHOTOELECTRIC effekt.

De ûntdekking fan 'e PHOTOELECTRIC effekt

Lykas sein, de wittenskipper Genrih Gerts wie de earste dy't loek omtinken oan it kwantum eigenskippen fan ljocht nezamechaemye earder. De PHOTOELECTRIC effekt waard ûntdutsen yn 1887 doe't der in wittenskipper stapte ferljochte in sink plaat en in roede fan 'e electrometer. Yn it gefal dêr't de plaat komt ta in positive lading, de electrometer wurdt net ôffierd. As in negative lading wurdt ynfoege, it apparaat begjint te ôfsjitte, sa gau as de plaat falt Ultraviolet ray. Yn dy hannen-on ûnderfining waard bewiisd dat de plaat is bleatsteld oan it ljocht kin útstrielje negatyf elektryske ladingen, dy't letter krige de tapaslike namme - elektroanen.

Praktyske ûnderfining Stoletova

Praktyske eksperiminten mei elektroanen útfierd Russyske ûndersiker Alexander Stoletov. Foar syn eksperiminten Hy brûkte in fakuüm glêzen bulb en twa elektroden. Ien elektrodes waard brûkt foar macht transmissie, en de twadde wie beljochte, en dat waard brocht mei de negative peal fan de batterij. Tidens dizze hanneling, de hjoeddeiske begjint te fergrutsjen krêft, mar nei in skoftke waard it in konstante en direkt proporsjoneel oan de strieling fan ljocht. Dêrtroch waard fûn dat de Kinetic enerzjy fan de elektroanen en ek delaying de spanning net ôfhinklik is fan 'e krêft fan ljocht. Mar it tanimmen fan 'e frekwinsje fan ljocht feroarsaket te groeie dizze figuer.

Nije kwantum eigenskippen fan it ljocht: de PHOTOELECTRIC effekt en syn wetten

By de ûntwikkeling fan Hertz syn teory en praktyk Stoletov hie ynlutsen trije basis wetten, dy't, sa die bliken út, de fotoanen binne funksjonearjen:

Мощность светового излучения, которое падает на поверхность тела, прямо пропорциональна силе тока насыщения. 1. Power ljocht dat falt op it oerflak fan it lichem is direkt evenredich mei de sterkte fan 'e sêding hjoeddeistige.

Мощность светового излучения никак не влияет кинетическую энергию фотоэлектронов, а вот частота света является причиной линейного роста последней. 2. Power ljocht hat gjin ynfloed op de Kinetic enerzjy fan 'e photoelectron, mar de frekwinsje fan it ljocht is de oarsaak fan' e nijste lineêre groei.

Существует некая «красная граница фотоэффекта». 3. Der is in soarte fan "reade râne fan de PHOTOELECTRIC effekt." De ûnderste line is dat as de frekwinsje is minder as it minimum frekwinsje indicator ljocht oer in opjûne materiaal, it PHOTOELECTRIC effekt wurdt acht nommen.

twa teoryen oanriding swierrichheden

Nei formule ôflaat Max Planck, Wittenskip konfrontearre mei in dilemma. Earder ôflaat weach, en kwantum eigenskippen fan it ljocht, dat wienen iepen in lytse letter, koe net bestean yn it ramt fan it algemien oanfurdige wetten fan de natuerkunde. Yn oerienstimming mei de elektromagnetyske, de âlde teory, al de elektroanen fan it lichem, dat falt op it ljocht moat komme yn twongen oscillation by deselde frekwinsje. Dit levert in ûneinige Kinetic enerzjy, dat kin hielendal net. Boppedat, foar it garjen fan it fereaske bedrach fan rêst soe bliuwe it elektron enerzjy is nedich om yn steat om tsientallen minuten, wylst de PHOTOELECTRIC effekt, yn de praktyk is der net de minste fertraging. Fierder betizing ûntstie ek út it feit dat de enerzjy fan photoelectrons net ôfhinklik is fan 'e krêft fan ljocht. Boppedat hat net it reade râne fan 'e PHOTOELECTRIC effekt, en waard net berekkene evenredich mei de frekwinsje fan it elektron Kinetic enerzjy fan ljocht is iepene. It âlde teory koe net útlizze dúdlik sichtber foar it each fan fysike ferskynsels, en de nije noch net hielendal útwurke.

It rasjonalisme Alberta Eynshteyna

Allinne yn 1905, de grutte natuerkundige Albert Einstein toande yn 'e praktyk en ferwurde yn teory, wat it is - it wiere aard fan ljocht. En kwantum wave eigenskippen, iepen troch twa tsjinoer elkoar hyptezen yn gelikense ûnderdielen besletten leit oan fotoanen. Om foltôgjen de foto miste mar it prinsipe fan discreteness, dat wol sizze de krekte lokaasje fan fotoanen yn romte. Elts foton - in dieltsje dat kin ynsûge of ynfoege, as gehiel. Electron "slokken" binnenst foton fergruttet syn wacht op 'e wearde fan' e enerzjy opnaam yn de dieltsjes. Fierder, binnen de photocathode elektron beweecht har oerflak, wylst behâld fan in "dûbele dosis" fan enerzjy, dy't output wurdt omfoarme ta Kinetic enerzjy. Yn dizze ienfâldige wize, en PHOTOELECTRIC effekt wurdt útfierd dêr't gjin útstelde reaksje. By de finish fan it elektron levert in kwantum sels, dat falt op it oerflak fan 'e lea, striele se mei noch mear enerzjy. It grutter it oantal fotoanen produsearre - de mear machtige strieling, respektyflik, en de fluctuation fan it ljocht golf groeit.

De ienfâldichste apparaten, dy't binne basearre op it prinsipe fan it PHOTOELECTRIC effekt

Nei't de ûntdekkings makke troch Dútske wittenskippers oan it begjin fan 'e tweintichste ieu, de applikaasje krijt yn it kwantum eigenskippen fan ljocht foar de fabrikaazje fan ferskate apparaten. Útfinings, waans operaasje is de PHOTOELECTRIC effekt, neamd sinnesellen, de simpelste fertsjintwurdiger fan dat - it fakuüm. Under syn neidielen kinne neamd wurde swak hjoeddeistige conductivity, lege gefoelichheid foar lange wave strieling, dat is wêrom it kin net brûkt wurde yn AC circuits. De vacuum apparaat wurdt in soad brûkt yn photometry, sy mjitte de sterkte fan helderens en ljocht kwaliteit. Teffens spilet in wichtige rol yn fototelefonah en yn audio Wiedergabe.

Sinnetermyske krêftsintrales sellen mei conduction funksjes

It wie hiel in oar soarte fan apparaten, dy't basearre binne op it kwantum eigenskippen fan ljocht. Harren doel - te feroarjen de ferfierder tichtens. Dit ferskynsel wurdt soms neamd de ynterne PHOTOELECTRIC effekt, en it is de basis fan operaasje photoconductors. Dy Semiconductors spylje in tige wichtige rol yn ús deistich libben. Foar de earste kear dat se begûn te gebrûk meitsje fan de retro auto. En se jouwe de elektroanika en batterij wurking. Yn 'e midden fan' e tweintichste ieu begûn te passen sokke sinnesellen foar it bouwen romteskippen. Oant no, fanwege de ynterne PHOTOELECTRIC effekt operearje de turnstiles yn 'e metro, draachbere rekkenmasines en sinnepanielen.

photochemical reaksjes

Ljocht, it aard fan wat wie mar foar in part beskikber wittenskip yn de tweintichste ieu, yn feite, beynfloedet de gemyske en biologyske prosessen. Under de ynfloed fan 'e stream begjint kwantum molekulêre dissociation proses en harren fúzje mei de atomen. Yn de wittenskip, dat is bekend as photochemistry, en yn 'e aard fan ien fan syn manifestaasjes is fotosynteze. It is fanwege it ljocht weagen prosessen fan útstjit fan bepaalde stoffen produsearre troch sellen yn de extracellular romte, wêrby't de plant wurdt grien.

Ynfloed op it kwantum eigenskippen fan ljocht en minsklik fyzje. Getting op it Retina, in foton aktivearret it proses fan ûntleden fan proteïne molekulen. Dizze ynformaasje wurdt ferfierd troch neuroanen yn it brein, en nei behanneling, kinne wy allegearre sjogge it ljocht. Nightfall protein molecule wurdt restaurearre en fisy wurdt ûnderbrocht oan de nije omstannichheden.

resultaten

We fûn út yn de rin fan dit artikel, dat is foaral it kwantum eigenskippen fan ljocht wurde toand yn in fenomeen neamd de PHOTOELECTRIC effekt. Elts foton hat syn lading en massa, en doe konfrontearre mei in elektron falt deryn. Kwantum en elektron wurden ien, en harren kombinearre enerzjy wurdt omboud ta Kinetic enerzjy, dy't, strictly speaking, nedich foar de útfiering fan it PHOTOELECTRIC effekt. De golf oscillation dus produsearre fergruttet de foton enerzjy, mar allinne nei in bepaalde maatregel.

PHOTOELECTRIC effekt hjoed is in essinsjeel ûnderdiel fan de measte soarten fan materiaal. Op syn grûn it gebou romte skippen en satelliten, ûntwikkeljen sinnesellen wurde brûkt wurde as boarne fan helptiidwurd enerzjy. Boppedat, it ljocht weagen hawwe in grutte ynfloed op de gemyske en biologyske prosessen op Ierde. De kosten fan gewoane sinneljocht de planten binne grien, de ierde syn atmosfear wurdt skildere folsleine palet fen himelsblau, en wy sjogge de wrâld sa't it is.