A física cuántica: as propiedades quânticas da luz

Xa penso sobre o que constitúe de feito, moitos fenómenos de luz? Por exemplo, que o efecto fotoeléctrico, ondas de calor, procesos fotoquímicos e similares - todas as propiedades quânticas da luz. Se eles non fosen descubertos, os científicos obras non tería movido desde o punto morto, en realidade, así como o progreso científico e técnico. Estudar a súa sección de óptica cuántica, que está intimamente ligado co mesmo ramo da física.

propiedades quânticas de luz: unha definición

Ata hai pouco, a interpretación clara e ampla deste fenómeno óptico non podería dar. Son usados correctamente na ciencia e na vida cotiá, sobre esta base para construír non só a fórmula, pero todo o problema en física. Formular unha determinación final ser obtidos só dende científicos modernos que resumiu as actividades dos seus antecesores. Así, as propiedades de onda do cuanto de luz e - unha consecuencia das características dos seus emisores, átomos wherewith son electróns. Quantum (ou de fotóns) está formada debido ao feito de que un electrón desprázase para diminuír o nivel de enerxía, xerando os impulsos electro-magnética.

As primeiras observacións ópticas

XIX столетии. A hipótese sobre a presenza das propiedades do cuanto de luz apareceu no século XIX. Os científicos descubriron e dilixente fenómenos como a difracción, interferencias e polarización. Coa súa axuda, a teoría da luz onda electromagnética foi derivado. Foi con base na aceleración do movemento de electróns durante a oscilación do corpo. Como resultado, quenta, seguido por ondas de luz apareceu detrás del. hipótese do primeiro autor sobre este asunto formou o inglés D. Rayleigh. El é considerado como un sistema de radiación ondas iguais e permanentes, e nun espazo confinado. Segundo as súas conclusións, cunha redución nos seus lonxitudes de onda de saída debe aumentar continuamente, ademais, é necesario ter ultravioleta e de raios x. Na práctica, todo isto non foi confirmado, e levou outro teórico.

A fórmula de Planck

XX века Макс Планк – физик немецкого происхождения – выдвинул интересную гипотезу. No inicio do Maks Plank século XX - un físico nacido na Alemaña - presentou unha hipótese interesante. Segundo ela, a emisión e absorción da luz non ocorre de forma continua, como se pensaba anteriormente, e porcións - canta, ou como son chamados fotóns. h , и он был равен 6,63·10 ^-34 Дж·с. constante de Planck foi introducido - factor de proporcionalidade representado pola letra h, e foi igual a 6,63 × 10 ^-34 J · s. v – частота света. Para calcular a enerxía de cada fotón, precisaba un valor - V - a frecuencia da luz. constante de Planck multiplicada pola frecuencia, e como un resultado obtido a enerxía dun único fotón. Desde científico alemán con precisión e correctamente fixada nunha fórmula simple, as propiedades do cuanto de luz, que anteriormente fora atopado por H. Hertz, e designou como o efecto fotoeléctrico.

O descubrimento do efecto fotoeléctrico

Como xa dixemos, o científico Genrih GERTS foi o primeiro que chamou a atención sobre as propiedades quânticas de nezamechaemye luz antes. O efecto fotoeléctrico foi descuberto en 1887, cando un científico xuntou iluminado unha placa de cinc e unha hasta do electrómetro. No caso onde a placa trata dunha carga positiva, o electrómetro non é descargada. Se unha carga negativa é emitida, o dispositivo comeza a descargar, así que a tarxeta cae raio ultravioleta. Durante este hands-on experiencia probouse que a tarxeta é exposta á luz pode irradiar cargas eléctricas negativas, que máis tarde recibiu o nome apropiado - electróns.

Experiencia práctica Stoletova

experiencias prácticas con electróns conducidos investigador ruso Alexander Stoletov. Para as súas experiencias usou unha lámpada de cristal de baleiro e dous electrodos. Un eléctrodo foi usada para transmisión de enerxía, eo segundo foi iluminada, e foi traído para o polo negativo da batería. Durante esta operación, a corrente comeza a aumentar a forza, pero despois dun tempo converteuse nunha constante é directamente proporcional á radiación de luz. Como resultado, verificouse que a enerxía cinética dos electróns, así como retardar a tensión non dependen do poder da luz. Pero o aumento da frecuencia da luz fai crecer ese número.

Novas propiedades quânticas da luz: o efecto fotoeléctrico e as súas leis

Durante o desenvolvemento da Hertz teoría e práctica Stoletov fora retirado tres leis básicas, que, como se viu, os fotóns están funcionando:

Мощность светового излучения, которое падает на поверхность тела, прямо пропорциональна силе тока насыщения. 1. Luz de enerxía que cae na superficie do corpo é directamente proporcional á forza da corrente de saturación.

Мощность светового излучения никак не влияет кинетическую энергию фотоэлектронов, а вот частота света является причиной линейного роста последней. 2. Luz de alimentación non afecta a enerxía cinética do Fotoelectrones, pero a frecuencia da luz é a causa da última crecemento lineal.

Существует некая «красная граница фотоэффекта». 3. Hai unha especie de "borde vermello do efecto fotoeléctrico." O resultado final é que, se a frecuencia é menor que o mínimo de luz indicador de frecuencia para un material, o efecto é observado fotoeléctrica.

dúas teorías Dificultades de colisión

Despois de fórmula derivado Max Planck, Science afrontar un dilema. ola anteriormente derivada, e as propiedades quânticas da luz, que foron abertos un pouco máis tarde, non podería existir no ámbito das leis xeralmente aceptados da física. Segundo a electromagnética, a vella teoría, todos os electróns do corpo, que recae sobre a luz debe entrar en oscilacións forzadas na mesma frecuencia. Isto xeraría unha enerxía cinética infinito que é totalmente imposible. Ademais, para a acumulación da cantidade necesaria de resto quedaría a enerxía electrónica é necesario poder decenas de minutos, mentres que o efecto fotoeléctrico, na práctica, non hai a menor demora. Ademais confusión xurdiu tamén do feito de que a enerxía de fotoelétrons non depende do poder da luz. Ademais, non ten a vantaxe vermello do efecto fotoeléctrico, e non foi calculada proporcional á frecuencia da enerxía cinética de electróns de luz foi aberta. A vella teoría non podería explicar claramente visible a simple de fenómenos físicos, eo novo aínda non foi totalmente traballado.

Racionalismo Alberta Eynshteyna

Só en 1905, o gran físico Albert Einstein amosou, na práctica e articulado, en teoría, o que é - a verdadeira natureza da luz. E propiedades de onda cuántica, abertas por dúas fronte un do outro en partes iguais casos inherentes aos fotóns. Para completar o cadro faltaba só o principio de singularidade, é dicir, a localización exacta de fotóns no espazo. Cada fotón - unha partícula que pode ser absorbido ou emitido no seu conxunto. Electron "tragar" Photon interior aumenta a súa carga sobre o valor da enerxía absorbida polas partículas. Ademais, no interior do electrón fotocátodo móvese para a súa superficie, mentres se mantén unha "dose dobre" de enerxía, a cal saída transfórmase en enerxía cinética. Deste xeito sinxelo, e efecto fotoeléctrico é levada a cabo no que ningunha reacción retardada. Ao final do electrón produce un cuanto en si, que cae sobre a superficie do corpo, irradiando con aínda máis enerxía. Canto maior sexa o número de fotóns producidos - o máis potente radiación, respectivamente, ea flutuación da onda de luz crece.

Os dispositivos máis sinxelo, que están baseados no principio do efecto fotoeléctrico

Tras os descubrimentos feitos por científicos alemáns no inicio do século XX, a aplicación queda nas propiedades quânticas da luz para a fabricación de distintos dispositivos. Os inventos, cuxo funcionamento é o efecto fotoeléctrico, chamadas de células solares, o representante máis simple de que - o baleiro. Entre as súas desvantaxes pode ser chamado condutividade corrente feble, baixa sensibilidade á radiación de onda longa, que é por iso que non pode ser utilizado en circuítos de corrente alterna. O dispositivo de baleiro é amplamente utilizado en fotometria, que miden a intensidade do brillo ea calidade da luz. Tamén ten un papel importante na fototelefonah e durante a reprodución de audio.

As células fotovoltaicas con funcións de condución

Foi un tipo de dispositivos, os cales están baseados nas propiedades do cuanto de luz. A súa finalidade - para cambiar a densidade de portadores. Este fenómeno é chamado ás veces o efecto fotoeléctrico interior, e é a base de fotocondutores de operación. Estes semicondutores están desempeñando un papel moi importante nas nosas vidas diarias. Por primeira vez, eles comezaron a usar os coches retro. A continuación, eles proporcionan a operación electrónica e bateria. No medio do século XX comezou a aplicar tales células solares para a construción de naves espaciais. Ata o momento, debido ao efecto fotoeléctrico interno operar as catracas no metro, calculadoras portátiles e paneis solares.

reaccións fotoquímicas

Luz, cuxa natureza era só a ciencia parcialmente dispoñible no século XX, de feito, se afecta a procesos químicos e biolóxicos. Baixo a influencia do fluxo comeza cuántico proceso de disociación molecular ea súa fusión cos átomos. Na ciencia, que é coñecido como fotoquímica, e na natureza dunha das súas manifestacións é a fotosíntese. É debido a ondas procesos de luz de emisión de certas sustancias producidas polas células para o espazo extracelular, polo que a planta convértese en verde.

Afectan as propiedades quânticas da luz e da visión humana. Quedando sobre a retina, un fotón desencadea o proceso de descomposición de moléculas de proteína. Esta información é transportada por neuronas no cerebro, e despois do tratamento, todos podemos ver a luz. molécula de proteína anoitecer é restaurado ea visión é acomodado ás novas condicións.

resultados

Descubrimos no transcurso deste artigo, que é sobre todo as propiedades quânticas da luz móstranse nun fenómeno chamado efecto fotoeléctrico. Cada fotón ten a súa carga e masa, e cando confrontado con un electrón cae nel. Quantum e electrónica facerte, ea súa enerxía combinada é convertida en enerxía cinética, que, estritamente falando, necesarias para a execución do efecto fotoeléctrico. A oscilación de onda así producido pode aumentar a enerxía de fotóns, pero só para unha determinada medida.

efecto fotoeléctrico, hoxe, é un compoñente esencial da maioría dos tipos de equipos. Na súa base os espazo barcos e satélites de construción, desenvolver células solares son utilizados como fonte de enerxía auxiliar. Ademais, as ondas de luz teñen un grande impacto sobre os procesos químicos e biolóxicos na Terra. O gasto da luz solar ordinaria as plantas son verdes, a atmosfera da Terra é pintado paleta completa de azul, e vemos o mundo como é.