Fiżika kwantistika: il-proprjetajiet quantum ta 'dawl

Qatt ħsibt dwar x'jikkostitwixxi fil-fatt fenomeni dawl ħafna? Per eżempju, tieħu l-effett fotoelettrika, mewġiet ta 'sħana, il-proċessi fotokimiċi u simili - l-proprjetajiet kollha quantum ta' dawl. Jekk dawn ma kinux ġew skoperti, xjentisti xogħlijiet ma kienx mċaqalqa mill-punt mejta, fil-fatt, kif ukoll il-progress xjentifiku u tekniku. Studju taqsima tagħhom ta 'ottika kwantistika, li hija intrinsikament marbuta ma' l-istess fergħa tal-fiżika.

Proprjetajiet Quantum ta 'dawl: definizzjoni

Sa ftit ilu, l-interpretazzjoni ċara u komprensiva ta 'dan il-fenomenu ottika ma setax jagħti. Dawn huma użati b'suċċess fix-xjenza u l-ħajja ta 'kuljum, fuq din il-bażi biex tinbena mhux biss il-formula iżda l-problema kollha fil-fiżika. Jifformulaw determinazzjoni finali jinkisbu biss minn xjenzati moderni li f'sinteżi-attivitajiet tal-predeċessuri tiegħu. Għalhekk, il-proprjetajiet mewġa quantum ta 'dawl u - konsegwenza tal-karatteristiċi ta' emittenti tiegħu, atomi wherewith huma elettroni. Quantum (jew foton) hija ffurmata minħabba l-fatt li elettron jiċċaqlaq biex ibaxxu livell ta 'enerġija, u b'hekk jiġġeneraw il-impulsi elettromanjetiċi.

L-ewwel osservazzjonijiet ottiċi

XIX столетии. Is-suppożizzjoni dwar il-preżenza tal-proprjetajiet quantum ta 'dawl deher fis-seklu XIX. Xjentisti skoprew u diliġenti fenomeni bħal diffrazzjoni, interferenza u l-polarizzazzjoni. Bl-għajnuna tagħhom, il-teorija tal-mewġ elettromanjetiku ta 'dawl kien derivat. Hija kienet ibbażata fuq l-aċċelerazzjoni tal-moviment ta 'elettroni matul l-oxxillazzjonijiet tal-ġisem. Bħala riżultat, qlub, segwit minn mewġ ta 'dawl deher warajh. ipoteżi l-ewwel awtur fuq dan is-suġġett tkun iffurmata l-Ingliż D. Rayleigh. Huwa meqjus bħala sistema ta 'radjazzjoni mewġ ugwali u permanenti, u fi spazju ristrett. Skond konklużjonijiet tiegħu, ma 'tnaqqis fil wavelengths output tagħhom għandhom iżidu b'mod kontinwu, barra minn hekk, meħtieġ li jkollu ultravjola u x-rays. Fil-prattika, dan kollu ma tkunx ġiet ikkonfermata, u hija ħadet teorista ieħor.

Formula Planck

XX века Макс Планк – физик немецкого происхождения – выдвинул интересную гипотезу. Fil-bidu tas-seklu XX Maks Plank - fiżiċista Ġermaniż tat-twelid - ressqet ipoteżi interessanti. Skond tagħha, l-emissjoni u l-assorbiment tad-dawl ma jseħħx b'mod kontinwu, kif kien maħsub qabel, u porzjonijiet - quanta, jew kif inhuma msejħa photons. h , и он был равен 6,63·10 ^-34 Дж·с. kostanti Planck kienet introdotta - fattur ta 'proporzjonalità rappreżentata mill-h ittra, u kien ugwali għal 6.63 × 10 ^-34 J · s. v – частота света. Sabiex jiġi kkalkulat l-enerġija ta 'kull foton, meħtieġa waħda aktar valur - vs - il-frekwenza ta' dawl. kostanti Planck immultiplikat bil-frekwenza, u bħala riżultat miksub l-enerġija ta 'foton wieħed. Peress xjentist Ġermaniż preċiż u korrett assigurati fi formula sempliċi, il-proprjetajiet quantum ta 'dawl, li kienu nstabu qabel minn H. Hertz, u maħtura bħala l-effett fotoelettrika.

L-iskoperta tal-effett fotoelettrika

Kif għandna qal, il-xjenzat Genrih Gerts kienet l-ewwel li ġibdet l-attenzjoni għall-proprjetajiet quantum ta nezamechaemye dawl qabel. L-effett fotoelettrika ġiet skoperta fl-1887 meta xjenzat ssieħbu illuminati pjanċa żingu u virga tal-elettrometru. Fil-każ fejn il-pjanċa tasal għal ħlas pożittiv, il-elettrometru ma tkunx twettqet. Jekk ħlas negattivi joħroġ, il-mezz jibda jaqdi, hekk kif il-pjanċa jaqa raġġi ultravjola. Matul dan idejn fuq esperjenza ġie ppruvat li l-folja tiġi esposta għad-dawl jista radiate ħlasijiet elettriċi negattivi, li aktar tard rċevew l-isem xieraq - elettroni.

Stoletova Esperjenza prattika

esperimenti prattiċi ma elettroni mmexxija Russu riċerkatur Alexander Stoletov. Għal esperimenti tiegħu huwa użat bozza tal-ħġieġ vakwu u żewġ elettrodi. elettrodu wieħed kien użat għat-trasmissjoni ta 'enerġija, u t-tieni kien illuminati, u ġie ppreżentat lill-arblu negattiv tal-batterija. Matul din l-operazzjoni, l-kurrent jibda tiżdied is-saħħa, iżda wara filwaqt li saret kostanti u direttament proporzjonali għall-radjazzjoni ta 'dawl. Bħala riżultat, instab li l-enerġija kinetika ta 'elettroni kif ukoll jdewmu l-vultaġġ ma tiddependix fuq il-poter ta' dawl. Iżda ż-żieda fil-frekwenza ta 'dawl kawżi li jikbru din il-figura.

proprjetajiet ġodda quantum ta 'dawl: l-effett fotoelettrika u l-liġijiet tagħha

Matul l-iżvilupp ta 'teorija u l-prattika Stoletov Hertz kienet ġiet irtirata tliet liġijiet bażiċi, li, peress li rriżulta, il-photons huma jiffunzjonaw:

Мощность светового излучения, которое падает на поверхность тела, прямо пропорциональна силе тока насыщения. 1. dawl Enerġija li jaqa 'fuq il-wiċċ tal-ġisem hija direttament proporzjonali għall-qawwa ta' l-saturazzjoni kurrenti.

Мощность светового излучения никак не влияет кинетическую энергию фотоэлектронов, а вот частота света является причиной линейного роста последней. 2. dawl Qawwa ma jaffettwax l-enerġija kinetika ta 'l-photoelectron, iżda l-frekwenza ta' dawl huwa l-kawża tat-tkabbir lineari aktar tard.

Существует некая «красная граница фотоэффекта». 3. Hemm tip ta ' "tarf aħmar tal-effett fotoelettrika." L-aħħar linja hija li jekk il-frekwenza huwa inqas mill-dawl minimu indikatur frekwenza għal materjal partikolari, l-effett fotoelettrika ikun osservat.

żewġ teoriji Diffikultajiet ħabta

Wara formula derivati Max Planck, Xjenza ffaċċjati bil-dilemma. mewġa derivati Preċedentement, u l-proprjetajiet quantum ta 'dawl, li kienu miftuħa ftit aktar tard, ma setgħux jeżistu fil-qafas tal-liġijiet ġeneralment aċċettati tal-fiżika. Skond il-elettromanjetika, il-teorija qodma, l-elettroni kollha tal-ġisem, li jaqa 'fuq id-dawl għandu jidħol fis oxxillazzjoni sfurzat bl-istess frekwenza. Dan jiġġenera l-enerġija kinetika infinita li huwa pjuttost impossibbli. Barra minn hekk, għall-akkumulazzjoni tal-ammont meħtieġ ta 'mistrieħ jibqa' l-enerġija elettron hija meħtieġa biex tkun tista 'għexieren ta' minuti, filwaqt li l-effett fotoelettrika, fil-prattika, ma jkunx hemm id-dewmien iċken. Aktar konfużjoni rriżultat ukoll mill-fatt li l-enerġija ta 'fotoelettroni ma tiddependix fuq il-poter ta' dawl. Barra minn hekk, ma jkunx it-tarf aħmar tal-effett fotoelettrika, u ma kien ikkalkulat proporzjonali għall-frekwenza ta 'l-elettron enerġija kinetika ta' dawl tkun infetħet. It-teorija qodma ma setgħetx tispjega ċarament viżibbli għall-għajn ta 'fenomeni fiżiċi, u l-ġodda għadu ma kollox jinħadmu.

Rationalism Alberta Eynshteyna

Biss fl-1905, il-fiżiċista kbir Albert Einstein wera fil-prattika u artikolata fit-teorija, dak li hi - in-natura vera ta 'dawl. U l-proprjetajiet mewġa quantum, miftuħa minn żewġ oppost kull ipoteżi oħra f'partijiet ugwali inerenti għall photons. Sabiex tingħata stampa sħiħa ma kellhiex biss il-prinċipju ta 'separazzjoni, jiġifieri l-post eżatt tal photons fl-ispazju. Kull photon - partiċelli li jistgħu jiġu assorbiti jew emessi kollha kemm hi. Elettroni "tibla" foton ġewwa iżid ħlas tagħha fuq il-valur tal-enerġija assorbita mill-partiċelli. Barra minn hekk, ġewwa l-electron fotokatodu jiċċaqlaq għal wiċċ tagħha, filwaqt li tinżamm "doża doppja" ta 'enerġija, li l-output hija trasformata enerġija kinetika. B'dan il-mod sempliċi, u l-effett fotoelettrika titwettaq fejn l-ebda reazzjoni tard. Fil-finitura tal-elettron tipproduċi quantum innifsu, li jaqa 'fuq il-wiċċ tal-ġisem, radjazzjoni bil saħansitra aktar enerġija. L-akbar numru ta 'photons prodotti - l-radjazzjoni aktar qawwija, rispettivament, u l-varjazzjoni tal-mewġa dawl tikber.

Il-mezzi aktar sempliċi, li huma bbażati fuq il-prinċipju tal-effett fotoelettrika

Wara l-iskoperti magħmula minn xjentisti Ġermaniż fil-bidu tas-seklu għoxrin, l-applikazzjoni gets fis-proprjetajiet quantum ta 'dawl għall-manifattura ta' mezzi varji. Invenzjonijiet, li l-operazzjoni hija l-effett fotoelettrika, imsejħa ċelluli solari, l rappreżentattivi sempliċi minnhom - l-vakwu. Fost l-iżvantaġġi tagħha jistgħu jiġu msejħa konduttività kurrent debboli, sensittività baxxa għar-radjazzjoni mewġa twila, u huwa għalhekk li ma jistax jintuża f'ċirkwiti AC. L-apparat vakwu hija użata ħafna fil fotometrija, dawn il-miżura l-qawwa ta 'luminożità u kwalità dawl. Huwa wkoll għandu rwol importanti fl fototelefonah u matul daqq awdjo.

ċelluli fotovoltajċi b'funzjonijiet konduzzjoni

Kien pjuttost tip differenti ta 'apparat, li huma bbażati fuq il-proprjetajiet quantum ta' dawl. L-għan tagħhom - li jibdlu l-densità trasportatur. Dan il-fenomenu huwa xi kultant imsejjaħ l-effett fotoelettrika intern, u huwa l-bażi ta 'fotokondut- operazzjoni. Dawn semikondutturi għandhom rwol importanti ħafna fil-ħajja tagħna ta 'kuljum. Għall-ewwel darba li bdiet tuża l-karozzi retro. Allura dawn jipprovdu l-elettronika u batterija operazzjoni. Fin-nofs tas-seklu għoxrin bdiet tapplika dawn ċelloli solari għall-spaceships bini. Sa issa, minħabba l-effett fotoelettrika intern joperaw l turnstiles fil-subway, kalkolaturi portabbli u pannelli solari.

reazzjonijiet fotokimiċi

Dawl, in-natura tagħha kienet biss xjenza parzjalment disponibbli fis-seklu għoxrin, fil-fatt, din taffettwa l-proċessi kimiċi u bijoloġiċi. Taħt l-influwenza tal-fluss jibda proċess quantum dissoċjazzjoni molekulari u għaqda tagħhom ma 'l-atomi. Fix-xjenza, dan huwa magħruf bħala fotokimika, u fin-natura ta 'wieħed mill manifestazzjonijiet tagħha hija fotosintesi. Huwa minħabba proċessi mewġ dawl ta 'emissjoni ta' ċerti sustanzi prodotti minn ċelluli fl-ispazju ekstraċellulari, fejn l-impjant isir aħdar.

Jaffettwaw il-proprjetajiet quantum ta 'dawl u l-viżjoni tal-bniedem. Jkollna fuq ir-retina, photon jqajjem il-proċess ta 'dikompożizzjoni ta' molekuli proteina. Din l-informazzjoni huwa ttrasportat mill newroni fil-moħħ, u wara t-trattament, aħna lkoll nistgħu jaraw id-dawl. molekula proteina Nightfall tkun restawrata u viżjoni hija akkomodati għall-kundizzjonijiet ġodda.

riżultati

Sibna fil-kors ta 'dan l-artikolu, li hija prinċipalment il-proprjetajiet quantum ta' dawl huma murija fenomenu jissejjaħ l-effett fotoelettrika. Kull foton huwa inkarigat tagħha u l-massa, u meta jkunu kkonfrontati bit elettron taqa 'fih. Quantum u elettroni sar wieħed, u l-enerġija kkombinati tagħhom maqluba għall-enerġija kinetika, li, strettament, meħtieġa għall-implimentazzjoni ta 'l-effett fotoelettrika. L-oxxillazzjoni mewġa hekk prodotta jista 'jżid l-enerġija foton, iżda biss għal miżura partikolari.

effett fotoelettrika llum huwa komponent essenzjali ta 'ħafna tipi ta' tagħmir. Abbażi tiegħu l-bastimenti ispazju tal-bini u satelliti, jiżviluppaw ċelloli solari huma użati bħala sors ta 'enerġija awżiljari. Barra minn hekk, il-mewġ tad-dawl għandhom impatt kbir fuq il-proċessi kimiċi u bijoloġiċi fid-Dinja. L-ispiża xemx ordinarja il-pjanti huma ħodor, atmosfera tad-dinja hija miżbugħa paletta sħiħa ta 'blu, u naraw id-dinja kif inhi.