Fizika kuantike: pronat kuantike të dritës

A keni menduar ndonjëherë për atë që përbën në fakt shumë fenomene të lehta? Për shembull, të marrë efektin fotoelektrik, valët e nxehtësisë, proceset fotokimikë dhe si - të gjitha vetitë kuantike të dritës. Në qoftë se ata nuk ishin zbuluar, shkencëtarët punimet nuk do të kishte lëvizur nga pika e vdekur, në fakt, si dhe progresi shkencor dhe teknik. Studioni seksionin e tyre të optikë kuantike, e cila është e lidhur pazgjidhshmërisht me të njëjtën degë të fizikës.

Pronat kuantike të dritës: një përkufizim

Deri kohët e fundit, interpretimi i qartë dhe të plotë të këtij fenomeni optik nuk mund të japë. Ata janë përdorur me sukses në shkencë dhe jetën e përditshme, mbi këtë bazë për të ndërtuar jo vetëm formulën, por e tërë problem në fizikë. Formulojë një përcaktim përfundimtar të merret vetëm nga shkencëtarët modernë që përmblodhi veprimtaritë e paraardhësit e tij. Kështu, pronat kuantike valë të dritës dhe - një pasojë e tiparet e emetues të saj, atomet me të cilin janë elektronet. Quantum (ose foton) është formuar për shkak të faktit se një elektron lëviz për të ulur nivelin e energjisë, duke gjeneruar pulses elektro-magnetike.

Vëzhgimet e para optike

XIX столетии. Supozimi për praninë e pronave kuantike të dritës u shfaq në shekullin e XIX. Shkencëtarët kanë zbuluar dhe fenomeneve zell të tilla si shpërbërje, ndërhyrje dhe polarizimi. Me ndihmën e tyre, teoria elektromagnetike vala e dritës është nxjerrë. Ajo është e bazuar në përshpejtimin e lëvizjes së elektroneve gjatë luhatjet e trupit. Si rezultat, nxehet, e ndjekur nga valët e dritës u shfaq pas tij. Hipoteza autori i parë mbi këtë temë ka formuar Anglezi D. Rayleigh. Ai konsiderohet si një sistem të rrezatimit valëve të barabarta dhe të përhershme, si dhe në një hapësirë të kufizuar. Sipas konkluzioneve të saj, me një rënie në gjatësi valore të tyre të prodhimit duhet të rritet në mënyrë të vazhdueshme, për më tepër, kërkohet të kenë ultravjollcë dhe x-rrezet. Në praktikë, e gjithë kjo nuk është konfirmuar, dhe ajo mori një tjetër teoricien.

formula Plankut

XX века Макс Планк – физик немецкого происхождения – выдвинул интересную гипотезу. Në fillim të shekullit XX Maks Plank - një fizikan gjerman i lindur - ka vënë përpara një hipotezë interesante. Sipas saj, emetimi dhe thithjen e dritës nuk do të ndodhë në mënyrë të vazhdueshme, siç ishte menduar më parë, dhe pjesë - kuantet, ose siç quhen fotone. h , и он был равен 6,63·10 ^-34 Дж·с. konstante Planck 's u prezantua - Faktori i proporcionalitetit përfaqësuar nga shkronja h, dhe kjo ishte e barabartë me 6.63 × 10 ^-34 J · s. v – частота света. Në mënyrë që të llogaritur energjinë e çdo foton, nevojitet një vlerë më shumë - V - frekuencën e dritës. konstante Planck 's shumëzuar me shpeshtësinë, dhe si rezultat mori energjinë e një foton të vetëm. Që shkencëtar gjerman saktë dhe korrekte të siguruara në një formulë të thjeshtë, pronat kuantike të dritës, të cilat ishin gjetur më parë nga H. Hertz, dhe caktuar atë si efektit fotoelektrik.

Zbulimi i efektit fotoelektrik

Siç e kemi thënë, shkencëtari Genrih Gerts ishte i pari që tërhoqi vëmendjen për pronat kuantike e nezamechaemye dritë më parë. Efekti fotoelektrik u zbulua në vitin 1887, kur një shkencëtar bashkua ndriçuar një pjatë zinku dhe një shkop të Electrometer. Në rastin kur pjatë vjen me një pagesë pozitive, Electrometer nuk është shkarkuar. Nëse një ngarkesë negative është emetuar, pajisja fillon të kryejë, sapo pjatë bie rreze ultravjollcë. Gjatë këtij duart-në përvojën është vërtetuar se pjatë është e ekspozuar në dritë mund të rrezatojë akuzat negative elektrike, e cila më vonë mori emrin e duhur - elektronet.

Përvoja praktike Stoletova

eksperimente praktike me elektronet kryer studiuesi rus Alexander stoletov. Për eksperimentet e tij ai ka përdorur një llambë xhami vakum dhe dy elektroda. Një elektrodë është përdorur për transmetim të energjisë, dhe e dyta ishte ndriçuar, dhe ajo u soll në polin negativ të baterisë. Gjatë këtij operacioni, aktuale fillon të rritur forcën, por pas një kohë ajo u bë një konstante dhe në proporcion të rrezatimit të dritës. Si rezultat, ajo u gjet se energjia kinetike e elektroneve si dhe shtyrjen e tensionit nuk varet nga fuqia e dritës. Por rritja në frekuencën e dritës bën të rritet këtë shifër.

prona të reja kuantike të dritës: efekti fotoelektrik dhe ligjet e tij

Gjatë zhvillimit të Hertzit teorisë dhe praktikës stoletov ishin tërhequr tre ligje themelore, të cilat, siç doli, fotonet janë duke funksionuar:

Мощность светового излучения, которое падает на поверхность тела, прямо пропорциональна силе тока насыщения. 1. Drita Fuqia që bie në sipërfaqen e trupit është në proporcion me fuqinë e ngopjes aktuale.

Мощность светового излучения никак не влияет кинетическую энергию фотоэлектронов, а вот частота света является причиной линейного роста последней. 2. Drita Fuqia nuk ndikon në energjinë kinetike e Photoelectron, por frekuenca e dritës është shkaku i rritjes së fundit lineare.

Существует некая «красная граница фотоэффекта». 3. Nuk është një lloj i "buzë të kuqe të efektit fotoelektrik." Shkarko fund është se në qoftë se frekuenca është më pak se minimumi dritë tregues frekuencë për një material të caktuar, efekti fotoelektrik është vërejtur.

dy teori Vështirësitë përplasje

Pas formula rrjedh max Planck, Shkencës përballet me një dilemë. Vala rrjedhin Më parë, dhe pronat kuantike të dritës, të cilat ishin të hapura pak më vonë, nuk mund të ekzistojnë në kuadrin e ligjeve përgjithësisht të pranuara të fizikës. Në përputhje me elektromagnetike, teoria e vjetër, të gjitha elektronet e trupit, e cila bie në dritë duhet të vijnë në luhatje të detyruar në të njëjtën frekuencë. Kjo do të gjenerojë një energji të pafund kinetike që është krejt e pamundur. Për më tepër, për akumulimin e shumës së kërkuar prej pjesës tjetër do të mbetet energji Electron është e nevojshme të jetë në gjendje për dhjetëra minuta, ndërsa efekti fotoelektrik, në praktikë, nuk ka vonesa të vogël. Konfuzioni më tej u ngrit edhe nga fakti se energjia e fotoelektroneve nuk varet nga fuqia e dritës. Për më tepër, nuk ka buzë të kuqe të efektit fotoelektrik, dhe nuk është llogaritur në proporcion me frekuencën e elektronike energjisë kinetike e dritës ka qenë i hapur. Teoria e vjetër nuk mund të shpjegojë në mënyrë të qartë të dukshme për syrin e fenomeneve fizike, dhe i ri nuk është ende plotësisht punuar jashtë.

Racionalizmi Alberta Eynshteyna

Vetëm në vitin 1905, fizikanti i madh Albert Einstein tregoi në praktikë dhe të artikuluar në teori, ajo që është - natyra e vërtetë e dritës. Dhe pronat e valëve të kuantit, të hapur nga dy përballë njëri hipoteza të tjera në pjesë të barabarta e natyrshme për fotone. Për të përfunduar foto mungonte vetëm parimin e diskrecioni, dmth vendndodhjen e saktë të fotoneve në hapësirë. Çdo foton - një grimcë që mund të absorbohet ose e emituar si një e tërë. Electron "gëlltitjes" foton brendshëm rrit përgjegjësinë e saj në vlerën e energjisë absorbohet nga grimcat. Më tej, brenda elektron photocathode lëviz në sipërfaqe të saj, duke ruajtur një "dozë të dyfishtë" të energjisë, e cila prodhimi është shndërruar në energji kinetike. Në këtë mënyrë të thjeshtë, dhe efekti fotoelektrik kryhet në të cilën nuk ka reagim të vonuar. Në fund të elektroneve prodhon një kuantike vetë, e cila bie në sipërfaqen e trupit, radiating me edhe më shumë energji. Sa më i madh numri i fotoneve të prodhuara - rrezatimi më të fuqishme, respektivisht, dhe luhatje të lehta valë të rritet.

Pajisjet thjeshta, të cilat janë të bazuara në parimin e efektit fotoelektrik

Pas zbulimeve të bëra nga shkencëtarët gjermanë në fillim të shekullit të njëzetë, aplikimi merr në pronat kuantike të dritës për prodhimin e pajisje të ndryshme. Shpikjet, operacion të cilëve është efekti fotoelektrik, të quajtura qeliza diellore, përfaqësuesi thjeshtë e të cilave - vakum. Ndër disavantazhet e saj mund të quhet përçueshmëri të dobët aktuale, ndjeshmëri të ulët ndaj rrezatimit gjatë valës, e cila është arsyeja pse ajo nuk mund të përdoret në qarqet AC. Pajisja vakum është përdorur gjerësisht në photometry, ata të matur fuqinë e shkëlqim dhe cilësisë të lehta. Ai gjithashtu luan një rol të rëndësishëm në fototelefonah dhe gjatë rishikim audio.

Qelizat fotovoltaike me funksione përçueshmëri

Kjo ishte një lloj krejt të ndryshme të pajisjeve, të cilat janë bazuar në vetitë kuantike të dritës. Qëllimi i tyre - për të ndryshuar dendësia zgarë. Ky fenomen quhet nganjëherë efektin fotoelektrik brendshme, dhe kjo është baza e photoconductors operimit. Këto gjysmëpërçuesve janë duke luajtur një rol shumë të rëndësishëm në jetën tonë të përditshme. Për herë të parë ata filluan të përdorin makina retro. Atëherë ata japin elektronike dhe bateri operacion të. Në mes të shekullit të njëzetë filloi të aplikojë qeliza të tilla diellore për ndërtimin e spaceships. Deri më tani, për shkak të efektit fotoelektrik brendshëm veprojnë turnstiles në metro, calculators portative dhe panelet diellore.

reagimet fotokimike

Të lehta, natyra e të cilave ishte vetëm shkenca pjesërisht në dispozicion në shekullin e njëzetë, në fakt, ajo ndikon proceset biologjike e kimike dhe. Nën efektin e rrjedhjes fillon procesi kuantike shkëputje molekulare dhe bashkimin e tyre me atomet. Në shkencë, kjo është e njohur si photochemistry, dhe në natyrën e një prej manifestimet e tij është fotosinteza. Kjo është për shkak të valët proceseve të lehta të emetimit të substancave të caktuara të prodhuara nga qelizat në hapësirën ekstracelular, ku bimore bëhet e gjelbër.

Ndikojnë në vetitë kuantike të dritës dhe të vizionit të njeriut. Getting në retinë, një foton shkakton procesin e dekompozimit të molekulave proteinike. Ky informacion është transportuar nga neuronet në tru, dhe pas trajtimit, ne të gjithë mund të shohin dritën. molekulë mbrëmjes proteina është restauruar dhe vizioni është i vendosur për kushtet e reja.

rezultatet

Ne kemi gjetur se në rrjedhën e këtij neni, i cili është kryesisht pronat kuantike e dritës janë paraqitur në një fenomen të quajtur efekti fotoelektrik. Çdo foton e ka përgjegjësinë e saj dhe në masë, dhe kur përballen me një elektron bie në të. Quantum dhe elektron bërë një, dhe energjia e tyre të kombinuara është konvertuar në energji kinetike, e cila, të thuash, të nevojshme për zbatimin e efektit fotoelektrik. Vala luhatje prodhuar në këtë mënyrë mund të rrisë energjinë foton, por vetëm në një masë të caktuar.

Efekti fotoelektrik sot është një komponent thelbësor i shumicën e llojeve të pajisjeve. Në bazë të saj anijet hapësirë ndërtimit dhe satelitët, të zhvilluar qelizat diellore janë përdorur si një burim i energjisë ndihmëse. Përveç kësaj, valët e dritës të ketë një ndikim të madh në proceset kimike dhe biologjike në Tokë. Shpenzimet e diellit zakonshëm bimët janë të gjelbër, atmosfera e tokës është pikturuar gamë të plotë të kaltër, dhe ne e shohim botën ashtu siç është.