Kvant fizikasi: yorug'lik kvant xususiyatlari

Agar hech dalil ko'p yorug'lik hodisalari bilan tashkil nima haqida o'ylab ko'rganmisiz? Misol uchun, fotoelektrik effekt, issiqlik to'lqinlari, fotokimyoviy jarayonlar va shunga o'xshash olish - yorug'lik barcha kvant xususiyatlarini. Ular kashf qilinmagan edi, olimlar ishlari aslida, o'lik nuqtadan ko'chib, shuningdek ilmiy va texnik taraqqiyot bo'lmas edilar. ajralmas fizika Shu filiali bilan bog'liq kvant optika, ularning bo'limiga o'qishga.

yorug'lik kvant xususiyatlari: a ta'rifi

Yaqin-yaqingacha, bu ochiq-oydin va har tomonlama talqin optik hodisaga berishi mumkin emas edi. Ular muvaffaqiyatli formula lekin fizika butun muammoni nafaqat qurish shu asosda, ilm-fan va kundalik hayotda ishlatiladi. yakuniy aniqlash faqat salafi faoliyatini sarhisob zamonaviy olimlar olinishi shakllantirish. Shunday qilib, yorug'lik kvant to'lqin xususiyatlari va - uning nur tarqatgichlarni xususiyatlari bir imkoniyat, qilayotgan atomlar elektronlar bor. Kvant (yoki foton) tufayli bir elektron shunday elektr-magnit o'qlaridan chiqarish, energiya darajasini pasaytirish uchun harakat ekanligiga hosil bo'ladi.

birinchi optik kuzatuvlar

XIX столетии. yorug'lik kvant xususiyatlari borligi haqida taxmin XIX asrda paydo bo'lgan. Olimlar topilgan va tirishqoqlik burilish, aralashish va qutblashish kabi hodisalarni qilgan. Ularning yordami bilan, yorug'lik elektromagnit to'lqin nazariyasi olingan edi. U tananing tebranishlar paytida elektronlar harakati jadallashtirish asoslangan edi. Natijada, nur to'lqinlari tomonidan ta'qib isitadi orqasidan paydo bo'ldi. Bu mavzuda birinchi muallifning taxmin ingliz D. Rayleigh tashkil etdi. U nurlanish teng va doimiy to'lqinlar bir tizim sifatida qaraladi va tor doirasida bo'ladi. ularning ishlab chiqarish to'lqin uzunligi kamayishi doimiy ko'paytirish kerak bilan xulosalar ko'ra, bundan tashqari, ultrabinafsha va rentgen ega bo'lishi kerak. Amalda, barcha bu tasdiqladi va u boshqa teorisyeni oldi olinmagan.

Plank ning formula

XX века Макс Планк – физик немецкого происхождения – выдвинул интересную гипотезу. bir nemis tug'ilgan fizik - - XX asr Maks Plank boshida qiziqarli gipotezani oldinga qo'ygan. Uning so'zlariga ko'ra, emissiya va yorug'lik yutish ilgari o'ylagan kabi, doimiy sodir bo'lmaydi va bo'limlari - Quanta, yoki ular fotonlar deyiladi sifatida. h , и он был равен 6,63·10 ^-34 Дж·с. xat h tomonidan vakili mutanosibligini omil, va u 6.63 × 10 ^-34 J · s ga teng edi - Plank ning doimiy joriy etildi. v – частота света. v - - yorug'lik chastotasi har bir foton energiyasi hisoblash uchun, yana bir qiymatini zarur. Plank ning doimiy chastotasi bilan ko'paytiriladi, va natijada bitta foton energiyasi olingan. Nemis olimi aniq va to'g'ri oddiy formula, ilgari H. Xertz tomonidan topilgan edi yorug'lik kvant xususiyatlari, ta'minlanishi va fotoelektrik ta'sir qilib tayinlangan beri.

Fotoelektrik ta'siri kashfiyot

Biz aytishdi, olim ayni paytda Gerts yengil nezamechaemye avvalroq kvant xususiyatlari e'tibor qaratdi kim birinchi bo'ldi. Agar olim bir rux plastinka va elektrometr tayoq yoritilgan qo'shildi qachon fotoelektrik effekt 1887 yilda kashf qilindi. plitalar ijobiy mas'ul kelsa holda, elektrometr ozaymaydi. salbiy zaryad chiqadigan bo'lsa, qurilma bilanoq plitalar ultrabinafsha nurini pasayganda, evakuatsiya qilish boshlanadi. elektronlar - bu davomida qo'lida-tajriba nurga duch bo'lgan plitalar, keyinchalik tegishli nomini olgan salbiy elektr ayblovlar, xohlagan uslubda, deb isbotlangan.

Amaliy tajriba Stoletova

elektronlar bilan amaliy tajribalar rus tadqiqotchisi Aleksandr Stoletov o'tkazdi. Uning tajribalar uchun u vakuum shisha lampochkani va ikki elektrod ishlatilgan. Bir elektrod elektr uzatish uchun ishlatilgan va ikkinchi yoritilgan edi, va u batareya salbiy qutb keltirildi. Ushbu operatsiya davomida joriy kuchini oshirish uchun boshlaydi, lekin bir muncha vaqt o'tgach, u doimiy va yorug'lik nurlanishi to'g'ri proportsional bir aylandi. Natijada, u kinetik elektronlar energiyasi, shuningdek kuchlanish kechiktirib sifatida yorug'lik kuchi bog'liq emas, deb topildi. Lekin yorug'lik chastotasi ortishi bu ko'rsatkichni o'sishi sabab bo'ladi.

yorug'lik Yangi kvant xususiyatlari: fotoelektrik effekt va uning qonunlari

Xertz nazariyasi va amaliyoti Stoletov rivojlantirish chog'ida chiqdi, deb, fotonlar faoliyat bor, uch asosiy qonunlar, yopiq edi:

Мощность светового излучения, которое падает на поверхность тела, прямо пропорциональна силе тока насыщения. tananing yuzasida tushadi 1. Power yengil to'ymoqlik oqim kuchiga to'g'ri proportsional bo'ladi.

Мощность светового излучения никак не влияет кинетическую энергию фотоэлектронов, а вот частота света является причиной линейного роста последней. 2. Power engil fotoelektron kinetik energiya ta'sir qilmaydi, balki yorug'lik chastotasi so'nggi chiziqli o'sish sababdir.

Существует некая «красная граница фотоэффекта». 3. Bir xil bor "fotoelektrik ta'siri qizil chetiga". pastki chiziq chastota berilgan material uchun minimal chastota ko'rsatkich nuri kamroq bo'lsa, fotoelektrik effekt kuzatiladi, deb.

ikki nazariya to'qnashuvi qiyinchiliklar

formula Maks Plank olingan keyin, fan bir ikkilanishga yuz. bir oz keyinroq ochiq edi Ilgari olingan to'lqin, va yorug'lik kvant xususiyatlari, fizika umumiy qabul qilingan qonunlar doirasida mavjud emas edi. elektromagnit muvofiq, nur ustiga tushadi eski nazariya, tananing barcha elektronlar, shu chastotada majbur salınımı kirib kerak. Bu juda imkonsiz cheksiz kinetik energiya ishlab edi. Fotoelektrik ta'siri, amalda, kichik kechikish mavjud emas Bundan tashqari, elektron energiyasi qoladi qolgan kerakli miqdorda to'planishi uchun, daqiqa o'nlab imkoniyatiga ega bo'lish uchun zarur. Yanada tartibsizlik photoelectrons energiya nur kuchi bog'liq emas, deb aslida ham o'rnidan turdi. Bundan tashqari, Fotoelektrik ta'siri qizil chetini yo'q, va ochildi yorug'lik elektron kinetik energiyasi chastotasi mutanosib mo'ljallangan edi. Eski nazariyasi jismoniy hodisalar ko'z aniq ko'rinib tushuntirib bera olishmadi, va yangi hali to'liq amalga ishlagan yo'q.

Ratsionalizm Alberta Eynshteyna

Faqat 1905 yilda, katta fizik Albert Eynshteyn amalda ko'rsatdi va u nima, nazariyasi ifoda - yorug'lik haqiqiy tabiati. Va fotonlari uchun tabiiy teng qismlarga bir-biriga gipotezasi ikki qarama-qarshi tomonidan ochiq kvant to'lqin xususiyatlari. rasm kosmosda fotonlarning aniq joylashuvi, ya'ni noaniqlik faqat tamoyilini etishmadi bajarish uchun. Har bir foton - so'riladi yoki bir butun bo'lib oqqan mumkin zarracha. Electron ichki foton zarralar tomonidan so'riladi energiya qiymati bo'yicha zaryadini ziyoda "yutib". kinetik energiyaga aylanadigan chiqish energetika, bir "ikki dozasini" saqlab Bundan tashqari, ichki photocathode elektron, uning yuzasiga harakat. Bu oddiy tarzda, va fotoelektrik effekt qaysi hech gecikmiş reaksiya amalga oshiriladi. elektronlar yakunlovchi ham ko'proq energiya bilan radiatsion, tananing yuzasida tushadi kvant o'zi ishlab chiqaradi. ishlab chiqarilgan fotonlarning katta soni - mos ravishda yanada kuchli radiatsiya, va engil to'lqin tebranish o'sadi.

Fotoelektrik ta'siri tamoyiliga asoslangan oddiy qurilmalar,

XX asr boshida Germaniya olimlari tomonidan amalga kashfiyotlardan so'ng, dastur har xil qurilmalar ishlab chiqarish uchun yorug'lik kvant xususiyatlari ichiga oladi. quyosh xujayralari deb ataladi kimning operatsiya fotoelektrik effekt deb kashfiyotlar, eng oddiy vakili - vakuum. uning kamchiliklari zaif joriy o'tkazuvchanlik, uzoq to'lqin nurlanish past sezuvchanlik, deb atash mumkin orasida AC davrlarini foydalanish mumkin emas, shuning uchun bo'ladi. vakuum qurilma keng fotometresi ishlatiladi, ular yorqinligi va nur sifati kuchini o'lchash. U, shuningdek, fototelefonah va audio ijro etish paytida muhim ahamiyat kasb etadi.

o'tkazuvchanlik vazifalari bilan fotoelektrik hujayralari

Bu yorug'lik kvant xususiyatlari asoslangan qurilmalar, juda boshqacha turi edi. Ularning maqsadi - tashuvchisi zichligi o'zgartirish. Bu hodisa ba'zan ichki fotoelektrik effekt deb ataladi va u operatsiya FOTOKONDÜKTÖRLERİN asosidir. Bu yarim o'tkazuvchilar kundalik hayotimizda juda muhim rol o'ynamoqda. Birinchi marta ular retro avtomobil foydalanish boshladi. Bas, ular elektronika va batareya ishlashini ta'minlash. XX asr o'rtalarida kosmik qurish uchun bunday quyosh hujayralarni amal qila boshladi. Hozirgacha, ichki Fotoelektrik ta'siri metroda, ko'chma hisoblagichlar va quyosh panellari bilan Turnike faoliyat ko'rsatmoqda.

fotokimyoviy reaksiyalar

Light, tabiati yigirmanchi asrda faqat qisman mavjud fan edi, aslida, u kimyoviy va biologik jarayonlar ta'sir qiladi. oqimi ta'sirida kvant molekulyar ayrışma jarayonini va atomlar bilan birlashishi boshlanadi. ilm-fan, bu Fotokimya sifatida tanilgan, va uning namoyon biri tabiatda fotosintez bo'ladi. Bu o'simlik yashil bo'lib qaerga tashqari probel ichiga hujayralari tomonidan ishlab chiqarilgan ayrim moddalarning emissiya yorug'lik to'lqinlari jarayonlar bilan bog'liq.

yorug'lik va inson vahiyda kvant xususiyatlarini ta'sir qiladi. to'r pardasiga olish, bir foton oqsil molekulalarining yoyilishining jarayon ishga. Bu ma'lumotlar miyadagi neyronlar bilan tashiladi va davolash so'ng, biz barcha nur ko'rish mumkin. Nightfall oqsil molekulasi tiklanadi va ko'rish, yangi sharoitga moslashib bormoqda.

natijalar

Biz asosan yorug'lik kvant xususiyatlari fotoelektrik effekt deb nomlangan hodisaga ko'rsatilgan bo'lib, bu maqolada, davomida bilib. Har bir foton zaryadini va massasini ega, va elektronlar bilan duch qachon u tushib. Kvant va elektron biri bo'lib, hamda ularning birgalikda energiya fotoelektrik ta'siri amalga oshirish uchun zarur bo'lgan qat'iy gapirish, kinetik energiya, aylanadi. Shunday qilib, ishlab chiqarilgan to'lqin tebranish foton energiyasi oshirish, balki faqat muayyan o'lchov mumkin.

Fotoelektrik ta'siri bugungi kunda uskunalarni eng turdagi ajralmas qismi hisoblanadi. uning asosida qurilish kosmik kemalar va yo'ldoshlar, quyosh hujayralari yordamchi energiya manbai sifatida ishlatiladi rivojlantirish. Bundan tashqari, yorug'lik to'lqinlari Yerdagi kimyoviy va biologik jarayonlar katta ta'sir ko'rsatadi. o'simliklar yashil oddiy quyosh nuri ketadi, Yer atmosferasi ko'k to'liq uyg'unligini bo'yalgan bo'ladi va u kabi, biz dunyoni qarang.