Kvantové fyziky: kvantové vlastnosti světla

Už jste někdy přemýšleli o tom, co představuje ve skutečnosti mnoho světelných jevů? Například, vezměte fotoelektrického jevu, vlny veder, fotochemické procesy a podobně - všechny kvantové vlastnosti světla. Kdyby nebyly objeveny, vědci práce by se přesunula z mrtvého bodu, ve skutečnosti, stejně jako vědecký a technický pokrok. Studovat jejich část kvantové optiky, která je neoddělitelně spjata s stejném oboru fyziky.

Kvantové vlastnosti světla: definice

Až do nedávné doby, jasné a komplexní výklad tohoto optického jevu nemohl dát. Oni jsou úspěšně používány ve vědě a každodenním životě, na jejich základě postavit nejen vzorec, ale celý problém ve fyzice. Formulovat konečné rozhodnutí lze získat pouze z moderních vědců, kteří shrnul činnost svých předchůdců. To znamená, že kvantové vlnové vlastnosti světla a - důsledkem funkcí jeho zářičů Jakým atomy jsou elektrony. Quantum (nebo foton) je vytvořen vzhledem k tomu, že elektron se pohybuje na nižší energetickou hladinu, čímž se generují elektromagnetické impulsy.

První optická pozorování

XIX столетии. Předpoklad o přítomnosti kvantové vlastnosti světla se objevil v XIX století. Vědci objevili a pilně jevy, jako je difrakce, interference a polarizace. S jejich pomocí elektromagnetické vlnové teorie světla byl odvozen. To bylo založeno na zrychlení pohybu elektronů během oscilací těla. V důsledku toho se ohřívá, následované vlnami světla se objevil za ním. Hypotéza prvního autora k tomuto tématu vytvořila Angličan D. Rayleigh. On je považován za systém radiačních rovných a trvalých vln, a v uzavřeném prostoru. Podle těchto závěrů, se snížením jejich výstupních vlnových délek by plynule zvyšuje, kromě toho musí mít ultrafialové a rentgenové paprsky. V praxi to všechno nebylo potvrzeno, a trvalo další teoretik.

Planckova formule

XX века Макс Планк – физик немецкого происхождения – выдвинул интересную гипотезу. Na začátku XX století Maks Plank - v Německu narozený fyzik - předložila zajímavou hypotézu. Podle ní, emise a absorpce světla nedochází plynule, jak se dříve myslelo, a porce - kvanta, nebo jak se nazývají fotony. h , и он был равен 6,63·10 ^-34 Дж·с. Planckova konstanta byla zavedena - činitel úměrnosti reprezentován písmene h, a to se rovnala 6,63 x 10 ^-34 J · s. v – частота света. Za účelem výpočtu energie každé fotonu, potřebná ještě jednu hodnotu - v - frekvence světla. Planckova konstanta násobená frekvence, a v důsledku toho získat energii jediného fotonu. Vzhledem k tomu, německý vědec přesně a správně zajištěna jednoduchým vzorcem, kvantové vlastnosti světla, který byl v minulosti H. Hertz, a označen jako fotoelektrického jevu.

Objev fotoelektrického jevu

Jak už jsme řekli, vědec Genrih Gerts byl první, kdo upozornil na kvantových vlastností světla nezamechaemye dříve. Fotoelektrický efekt byl objeven v roce 1887, kdy vědec spojeny osvětlené desku zinečnatý a prut elektroměru. V případě, že deska přichází do kladného náboje, elektroměr není propuštěn. Pokud je vysílán záporný náboj, přístroj začne vybíjet, jakmile deska klesá ultrafialovým zářením. Během těchto praktických zkušeností bylo prokázáno, že deska je vystavena světlu může vyzařovat negativní elektrický náboj, který později přijal odpovídající název - elektrony.

Praktické zkušenosti Stoletova

Praktické pokusy s elektrony provedla ruská výzkumník Alexandr Stoletov. Pro jeho experimenty používal vakuum skleněné baňky a dvě elektrody. Jedna elektroda byla použita pro přenos elektrické energie, a druhá byla osvětlena, a to bylo přineseno k zápornému pólu baterie. Během této operace, současná začíná pro zvýšení pevnosti, ale po chvíli se stala konstantní a přímo úměrná vyzařování světla. Výsledkem je, že bylo zjištěno, že kinetická energie elektronů, stejně jako zpoždění napětí není závislá na síle světla. Ale zvýšení frekvence světla způsobí, že růst tohoto čísla.

Nové kvantové vlastnosti světla: fotoelektrický jev a jeho zákony

Při vývoji Hertz je teorie a praxe Stoletov byl stažen tři základní zákony, které, jak se později ukázalo, že fotony jsou funkční:

Мощность светового излучения, которое падает на поверхность тела, прямо пропорциональна силе тока насыщения. 1. Power světla, které dopadá na povrch těla je přímo úměrná síle nasycení proudu.

Мощность светового излучения никак не влияет кинетическую энергию фотоэлектронов, а вот частота света является причиной линейного роста последней. 2. Kontrolka napájení nemá vliv na kinetickou energii photoelectron, ale frekvence světla je příčinou posledního lineárního růstu.

Существует некая «красная граница фотоэффекта». 3. K dispozici je druh „červeného okraje fotoelektrického jevu.“ Rozhodujícím faktorem je, že v případě, že frekvence je menší než minimální indikátor frekvence světla pro daný materiál, je pozorován fotoelektrický efekt.

dvě teorie kolizní Potíže

Po vzorec odvozený Planckova, Science před dilematem. Dříve odvozené vlny a kvantové vlastnosti světla, které se otevřely o něco později, nemůže existovat v rámci obecně přijímaných fyzikálních zákonů. V souladu s elektromagnetickou, stará teorie, všechny elektrony v těle, který připadá na světlo by mělo přijít do nuceného kmitání na stejné frekvenci. To by přineslo nekonečný kinetickou energii, která je zcela nemožné. Kromě toho, pro akumulaci potřebného množství odpočinku by zůstal energii elektronu je nutné, aby bylo možné desítek minut, přičemž fotoelektrický jev, v praxi, není sebemenší zpoždění. Dalším zmatek vznikl také ze skutečnosti, že energie photoelectrons nezávisí na síle světla. Kromě toho nemá červený okraj fotoelektrického jevu, a nebyl vypočítán přímo úměrné frekvenci elektronové kinetické energie světla byl otevřen. Stará teorie nemohla vysvětlit jasně viditelné pouhým okem fyzikálních jevů a nový ještě plně vypracován.

Racionalismus Alberta Eynshteyna

Teprve v roce 1905, velký fyzik Albert Einstein ukázal v praxi a kloubové teoreticky, co to je - skutečná podstata světla. A kvantové vlnové vlastnosti, otevřené dvěma vzájemně proti sobě hypotézy rovným dílem, které jsou vlastní fotonů. Dokončit obraz postrádal pouze princip diskrétnosti, tedy přesné umístění fotonů ve vesmíru. Každý foton - částice, které mohou být absorbovány nebo emitované jako celek. Elektron „polykání“ dovnitř fotonů zvyšuje svůj náboj na hodnotě energie absorbované částic. Dále, uvnitř fotokatody elektron přesune na jeho povrchu, přičemž se udržuje „dvojitou dávku“ energie, který výstup se přeměňuje na kinetickou energii. Tímto jednoduchým způsobem, a fotoelektrický jev se provádí, v nichž žádný opožděné reakce. V cíli elektronu vytváří kvantum sám, který dopadá na povrch těla, vyzařující s ještě více energie. Čím větší je počet fotonů vyprodukovaných - silnější záření, v tomto pořadí, a kolísání světelné vlny roste.

Nejjednodušší zařízení, které jsou založeny na principu fotoelektrického jevu

Po objevů německých vědců na počátku dvacátého století, aplikace dostane do kvantové vlastnosti světla pro výrobu různých zařízení. Vynálezy, jejichž provoz je fotoelektrický efekt, zvané solární články, nejjednodušší reprezentativní který - za vakua. Mezi jeho nevýhody lze nazvat slaboproud vodivost, nízká citlivost na dlouhou zářením, což je důvod, proč to nemůže být použit ve střídavých obvodech. Vakuové zařízení je široce používán v fotometricky měří sílu jasu a kvality světla. On také hraje důležitou roli v fototelefonah a při přehrávání zvuku.

Fotovoltaické články s funkcí vedení vzruchu

To bylo zcela jiný typ zařízení, které jsou založeny na vlastnostech kvantových světla. Jejich účel - pro změnu hustoty nosiče. Tento jev se někdy nazývá vnitřní fotoelektrický efekt, a to je základem provozních fotonosičů. Tyto polovodiče hrají velmi důležitou roli v našem každodenním životě. Poprvé začali používat retro auta. Pak dávají elektroniky a baterie operace. V polovině dvacátého století se začaly uplatňovat tyto solárních článků pro budování kosmické lodě. Až do teď, vzhledem k vnitřnímu fotoelektrického jevu ovládat turnikety v metru, přenosné kalkulačky a solární panely.

fotochemické reakce

Světlo, jehož podstata byla jen částečně dostupný vědy ve dvacátém století, ve skutečnosti, to má vliv na chemické a biologické procesy. Pod vlivem proudu začíná kvantového procesu molekulární disociační a jejich spojení s atomy. Ve vědě, to je známá jako fotochemie, a ve formě jednoho z jeho projevů je fotosyntéza. Je to z důvodu, aby světelné vlny procesy emise některých látek produkovaných buňkami do extracelulárního prostoru, přičemž rostlina zezelená.

Vliv na kvantové vlastnosti světla a lidského vidění. Získání na sítnici, foton spouští proces rozkladu proteinových molekul. Tyto informace jsou přepravovány neuronů v mozku, a po léčbě, můžeme všichni vidět světlo. Setmění molekula proteinu je obnovena a obraz je umístěn na nové podmínky.

Výsledek

Zjistili jsme, v průběhu tohoto článku, který je především kvantové vlastnosti světla jsou uvedeny v fenoménu fotoelektrický efekt. Každý foton má svůj náboj a hmotnost, a když je konfrontován s elektronem spadá do něj. Kvantová a elektron se stal jedním a jejich společný energie se přemění na kinetickou energii, která v pravém slova smyslu, které jsou nezbytné pro plnění fotoelektrického jevu. Vlna oscilace Takto vyrobený může zvýšit fotonové energie, ale jen do určité míry.

Fotoelektrický jev je dnes nezbytnou součástí většiny typů zařízení. Na jeho základě stavební kosmické lodě a satelity, vyvinout solární články jsou využívány jako zdroj pomocné energie. Kromě toho, že světelné vlny mají velký vliv na chemické a biologické procesy na Zemi. Na úkor obyčejného slunečního svitu jsou rostliny zelené, zemská atmosféra je lakován plnou paletu modré a vidíme svět takový, jaký je.