fisica quantistica: proprietà quantistiche della luce

Avete mai pensato a ciò che costituisce in realtà molti fenomeni luminosi? Ad esempio, prendere l'effetto fotoelettrico, onde termiche, processi fotochimici e simili – tutte le proprietà quantistiche della luce. Se non fossero state scoperte, gli scienziati opere non si sarebbero mossi dal punto morto, infatti, così come il progresso scientifico e tecnico. Studiare la loro sezione di ottica quantistica, che è indissolubilmente legata con lo stesso ramo della fisica.

proprietà quantistiche della luce: una definizione

Fino a poco tempo, l'interpretazione chiara e completa di questo fenomeno ottico non poteva dare. Essi sono utilizzati con successo nella scienza e nella vita di ogni giorno, su questa base per costruire non solo la formula, ma l'intero problema in fisica. Formulare una determinazione definitiva essere ottenuto solo da scienziati moderni, che ha riassunto le attività dei suoi predecessori. Così, le proprietà quantistiche onda di luce e – conseguenza delle caratteristiche dei suoi emettitori, atomi con cui ne sono elettroni. Quantum (o di fotoni) è formato a causa del fatto che un elettrone si muove per abbassare il livello di energia, generando gli impulsi elettromagnetici.

Le prime osservazioni ottiche

XIX столетии. L'ipotesi della presenza di proprietà quantistiche della luce apparve nel XIX secolo. Gli scienziati hanno scoperto e fenomeni diligentemente, come la diffrazione, interferenza e polarizzazione. Con il loro aiuto, la teoria onda elettromagnetica della luce è stato derivato. Esso si basa su l'accelerazione del movimento degli elettroni durante le oscillazioni del corpo. Di conseguenza, manche, seguiti da onde di luce apparvero dietro di lui. La prima ipotesi dell'autore su questo tema si è formata l'inglese D. Rayleigh. Egli è considerato come un sistema di radiazione onde uguali e permanenti, e in uno spazio confinato. Secondo le sue conclusioni, con una diminuzione della loro lunghezza d'onda di uscita dovrebbe aumentare continuamente, inoltre, necessario avere ultravioletti e raggi x. In pratica, tutto questo non è stato confermato, e ci sono voluti un altro teorico.

formula di Planck

XX века Макс Планк – физик немецкого происхождения – выдвинул интересную гипотезу. All'inizio del XX secolo Maks Plank – un fisico di origine tedesca – ha avanzato un'ipotesi interessante. Secondo lei, l'emissione e l'assorbimento di luce non si verifica in modo continuo, come si pensava, e le porzioni – quanti, o come vengono chiamati fotoni. h , и он был равен 6,63·10 ^-34 Дж·с. costante di Planck è stato introdotto – fattore di proporzionalità rappresentato dalla lettera h, ed è stato pari a 6,63 × 10 ^-34 J · s. v – частота света. Per calcolare l'energia di ciascun fotone, necessaria una più valore – v – la frequenza della luce. costante di Planck moltiplicata per la frequenza, e di conseguenza ottenuto l'energia di un singolo fotone. Poiché scienziato tedesco accuratamente e ben fissata in una formula semplice, le proprietà quantistiche della luce, che erano stati precedentemente trovate da H. Hertz, e designato come l'effetto fotoelettrico.

La scoperta dell'effetto fotoelettrico

Come abbiamo detto, lo scienziato Genrih Gerts fu il primo che ha richiamato l'attenzione delle proprietà quantistiche della luce nezamechaemye in precedenza. L'effetto fotoelettrico fu scoperto nel 1887 quando uno scienziato unito illuminato una lastra di zinco ed un'asta del elettrometro. Nel caso in cui la lastra viene a una carica positiva, l'elettrometro non viene scaricato. Se una carica negativa viene emesso, il dispositivo inizia a scaricarsi, non appena la piastra cade raggio ultravioletto. Durante questa esperienza pratica si è dimostrato che la lastra è esposta alla luce può irradiare cariche elettriche negative, che successivamente hanno ricevuto il nome appropriato – elettroni.

L'esperienza pratica Stoletova

esperimenti pratici condotti con elettroni ricercatore russo Alexander Stoletov. Per i suoi esperimenti ha usato un bulbo di vetro vuoto e due elettrodi. Un elettrodo è stato utilizzato per la trasmissione di potenza, e la seconda era illuminata, ed è stato portato al polo negativo della batteria. Durante questa operazione, la corrente inizia ad aumentare la forza, ma dopo un po 'è diventato una costante e direttamente proporzionale alla radiazione di luce. Come risultato, si è constatato che l'energia cinetica degli elettroni e prevengono la tensione non dipende dalla potenza della luce. Ma l'aumento della frequenza di luce fa crescere questa cifra.

Nuove proprietà quantistiche della luce: l'effetto fotoelettrico e le sue leggi

Durante lo sviluppo di Hertz teoria e pratica Stoletov era stato ritirato tre leggi fondamentali, che, come si è scoperto, i fotoni sono funzionanti:

Мощность светового излучения, которое падает на поверхность тела, прямо пропорциональна силе тока насыщения. 1. luce di alimentazione che cade sulla superficie del corpo è direttamente proporzionale alla forza della corrente di saturazione.

Мощность светового излучения никак не влияет кинетическую энергию фотоэлектронов, а вот частота света является причиной линейного роста последней. 2. La spia di alimentazione non influisce l'energia cinetica del fotoelettrone, ma la frequenza della luce è la causa della più recente crescita lineare.

Существует некая «красная граница фотоэффекта». 3. C'è una sorta di "bordo rosso dell'effetto fotoelettrico." La conclusione è che se la frequenza è inferiore alla minima luminosità indicatore di frequenza per un dato materiale, si osserva l'effetto fotoelettrico.

due teorie Difficoltà di collisione

Dopo formula derivata Max Planck, la scienza di fronte a un dilemma. onda precedentemente derivati, e le proprietà quantistiche della luce, che erano aperti un po 'più tardi, non potrebbero esistere nel quadro delle leggi della fisica generalmente accettate. Secondo la elettromagnetico, la vecchia teoria, tutti gli elettroni del corpo, che cade la luce dovrebbe entrare in oscillazione forzata alla stessa frequenza. Questo genera un'energia cinetica infinito che è del tutto impossibile. Inoltre, per l'accumulo della quantità richiesta di riposo rimarrebbe l'energia degli elettroni è necessario essere in grado di decine di minuti, mentre l'effetto fotoelettrico, in pratica, non v'è alcun ritardo. Ulteriore confusione è nata anche dal fatto che l'energia di fotoelettroni non dipende dalla potenza della luce. Inoltre, non ha il bordo rosso dell'effetto fotoelettrico, e non è stata calcolata proporzionale alla frequenza dell'elettrone energia cinetica della luce è stato aperto. La vecchia teoria non potrebbe spiegare chiaramente visibile ad occhio di fenomeni fisici, e il nuovo non si è ancora completamente risolto.

Razionalismo Alberta Eynshteyna

Solo nel 1905, il grande fisico Albert Einstein ha dimostrato nella pratica e articolato in teoria, quello che è – la vera natura della luce. E proprietà onda quantistica, aperto da due fronte all'altra ipotesi in parti uguali inerenti ai fotoni. Per completare il quadro mancava solo il principio della discretezza, vale a dire la posizione esatta dei fotoni nello spazio. Ciascun fotone – una particella che può essere assorbita o emessa nel suo complesso. Electron "deglutire" fotone attivo aumenta la sua carica sul valore dell'energia assorbita dalle particelle. Inoltre, all'interno di elettroni fotocatodo sposta alla sua superficie, mantenendo una "doppia dose" di energia, quale uscita viene trasformata in energia cinetica. In questo modo semplice, e l'effetto fotoelettrico viene condotta in cui nessuna reazione ritardata. Al traguardo dell'elettrone produce un quantum stessa, che cade sulla superficie del corpo, irradiando con ancora più energia. Maggiore è il numero di fotoni prodotti – il più potente radiazione, rispettivamente, e la fluttuazione dell'onda luminosa cresce.

I dispositivi più semplici, che si basano sul principio dell'effetto fotoelettrico

Dopo le scoperte fatte da scienziati tedeschi agli inizi del XX secolo, l'applicazione entra nelle proprietà quantistiche della luce per la produzione di vari dispositivi. Invenzioni, il cui funzionamento è l'effetto fotoelettrico, chiamate cellule solari, il rappresentante più semplice dei quali – vuoto. Tra i suoi svantaggi possono essere chiamati debole conducibilità corrente, bassa sensibilità alla radiazione ad onda lunga, che è il motivo per cui non può essere utilizzato in circuiti AC. Il dispositivo a depressione è ampiamente utilizzato in fotometria, misurano la forza di luminosità e qualità della luce. Egli svolge anche un ruolo importante nella fototelefonah e durante la riproduzione audio.

celle fotovoltaiche con funzioni di conduzione

Era piuttosto un diverso tipo di dispositivi, che si basano sulle proprietà quantistiche della luce. Il loro scopo – per modificare la densità di portatori. Questo fenomeno è talvolta chiamato l'effetto fotoelettrico interno, ed è la base di fotoconduttori funzionamento. Questi semiconduttori stanno giocando un ruolo molto importante nella nostra vita quotidiana. Per la prima volta hanno iniziato a usare le auto retrò. Poi essi forniscono il funzionamento dell'elettronica e delle batterie. A metà del XX secolo ha iniziato ad applicare tali celle solari per la costruzione di navi spaziali. Fino ad ora, per effetto fotoelettrico interno azionare i tornelli nella metropolitana, calcolatori portatili e pannelli solari.

reazioni fotochimiche

La luce, la cui natura è stato solo parzialmente disponibili scienza nel XX secolo, infatti, colpisce il processi chimici e biologici. Sotto l'influenza di flusso inizia quantica processo di dissociazione molecolare e la loro fusione con gli atomi. Nella scienza, questo è noto come la fotochimica, e nella natura di una delle sue manifestazioni è la fotosintesi. È dovuta a processi onde luminose di emissione di alcune sostanze prodotte dalle cellule nello spazio extracellulare, per cui la pianta diventa verde.

Influenzano le proprietà quantistiche della luce e visione umana. Ottenere sulla retina, un fotone innesca il processo di decomposizione delle molecole proteiche. Questa informazione viene trasportata dai neuroni nel cervello, e dopo il trattamento, tutti noi possiamo vedere la luce. molecola proteica Nightfall viene ripristinata e la visione è accomodato alle nuove condizioni.

risultati

Abbiamo scoperto nel corso di questo articolo, che è principalmente proprietà quantistiche della luce sono mostrati in un fenomeno chiamato effetto fotoelettrico. Ciascun fotone ha la carica e la massa, e di fronte a un elettrone cade dentro. Quantistica e elettroni diventano uno, e la loro energia combinata viene convertita in energia cinetica, che, a rigore, necessarie per la realizzazione dell'effetto fotoelettrico. L'oscillazione onda così prodotto può aumentare l'energia del fotone, ma solo in una certa misura.

effetto fotoelettrico oggi è una componente essenziale della maggior parte dei tipi di apparecchiature. Sulla sua base le navi spaziali da costruzione e satelliti, si sviluppano celle solari sono utilizzati come fonte di energia ausiliaria. Inoltre, le onde luminose hanno un grande impatto sui processi chimici e biologici sulla Terra. La spesa di luce solare ordinaria delle piante sono verdi, l'atmosfera terrestre è dipinto piena tavolozza di blu, e vediamo il mondo così com'è.