Fisika kuantum: sipat kuantum cahaya

Dupi anjeun kantos dipikir naon constitutes kanyataanna loba fenomena lampu? Contona, nyandak pangaruh photoelectric, gelombang panas, prosés photochemical sarta kawas - sakabéh pasipatan kuantum cahaya. Mun aranjeunna pernah teu acan kapanggih, ilmuwan karya moal bakal geus dipindahkeun tina titik maot, dina kanyataanna, kitu ogé kamajuan ilmiah sarta teknis. Diajar bagian maranéhanana optik kuantum, anu geus inextricably dikaitkeun jeung cabang sarua fisika.

Sipat kuantum cahaya: harti hiji

Nepi ka ayeuna, tafsir jelas tur komprehensif ieu fenomena optik teu bisa masihan. Éta téh hasil dipaké dina elmu na kahirupan sapopoe, dina dadasar ieu ngawangun moal ukur rumus tapi sakabeh masalah dina fisika. Dirumuskeun hiji tekad final didapet hijina ti ilmuwan modérn anu dijumlahkeun up kagiatan ngaheulaan na. Ku kituna, sipat gelombang kuantum cahaya na - konsekuensi fitur of emitters anak, atom wherewith anu éléktron. Kuantum (atawa foton) kabentuk alatan kanyataan yén hiji éléktron ngalir pikeun nurunkeun tingkat énergi, sahingga generating kana pulsa elektro-magnét.

The observasi optik munggaran

XIX столетии. Anggapan ngeunaan ayana sipat kuantum cahaya muncul dina abad XIX. Elmuwan geus kapanggih tur rajin fenomena kayaning difraksi, gangguan na polarisasi. Kalayan pitulung maranéhanana, téori gelombang elektromagnetik cahaya ieu diturunkeun. Ieu dumasar kana percepatan gerak éléktron salila osilasi awak. Hasilna, heats, dituturkeun ku ombak cahaya mucunghul tukangeun manehna. hipotesa panulis munggaran urang dina subjék ieu geus ngawangun Englishman D. Rayleigh. Anjeunna dianggap salaku sistem radiasi gelombang sarua jeung permanén, jeung dina spasi dipasrahkeun. Numutkeun conclusions, sareng panurunan dina panjang gelombang kaluaran ngusulkeun ningkatkeun terus, komo deui, diperlukeun pikeun mibanda ultraviolet na x-sinar. Dina prakték, sadayana ieu teu acan dikonfirmasi, sarta eta nyandak theorist sejen.

Rumus Planck

XX века Макс Планк – физик немецкого происхождения – выдвинул интересную гипотезу. Dina awal abad ka-XX Maks Plank - saurang fisikawan Jerman-dilahirkeun - geus nempatkeun ka hareup hiji hipotesa metot. Numutkeun nya, emisi jeung nyerep lampu teu lumangsung mayeng, sakumaha pikiran saméméhna, sarta porsi - quanta, atawa sabab nu disebut foton. h , и он был равен 6,63·10 ^-34 Дж·с. Konstanta Planck diwanohkeun - faktor babandingan digambarkeun ku aksara h, jeung ieu sarua jeung 6,63 × 10 ^-34 J · s. v – частота света. Dina raraga keur ngitung énergi unggal foton, diperlukeun hiji nilai leuwih - v - frékuénsi cahaya. Konstanta Planck dikali frékuénsi, sarta salaku hasilna diala énergi hiji foton tunggal. Kusabab élmuwan Jérman akurat tur neuleu aman dina rumus basajan, sipat kuantum cahaya, nu kungsi saacanna kungsi kapanggih ku H. Hertz, sarta diresmikeun salaku efek photoelectric.

Kapanggihna efek photoelectric

Salaku geus kami ngomong, élmuwan Genrih Gerts éta kahiji anu Drew perhatian ka sipat kuantum of nezamechaemye lampu baheula. Pangaruh photoelectric kapanggih dina 1887 nalika élmuwan hiji ngagabung bercahya piring séng sarta rod of electrometer nu. Dina kasus dimana piring datang ka muatan positif, electrometer henteu discharged. Mun muatan négatip ieu dipancarkeun, alat mimiti ngurangan, pas piring ragrag sinar ultraviolét. Salila ieu leungeun-on pangalaman ieu dibuktikeun yén plat geus terekspos cahya bisa radiate biaya listrik négatip nu engké narima nami luyu - éléktron.

Praktis pangalaman Stoletova

percobaan praktis kalawan éléktron dilakukeun panalungtik Rusia Alexander Stoletov. Pikeun percobaan manéhna dipaké hiji bohlam kaca vakum sarta dua éléktroda. Hiji éléktroda ieu dipaké pikeun pangiriman kakuatan, sareng kadua ieu bercahya, sarta eta dibawa ka kutub négatif batréna. Salila operasi ieu, ayeuna dimimitian nambahan kakuatan, tapi sanggeus bari eta jadi konstanta sarta langsung sabanding jeung radiasi cahaya. Hasilna, eta ieu kapanggih yén énergi kinétik éléktron ogé delaying tegangan henteu gumantung kana kakawasaan lampu. Tapi kanaékan frékuénsi lampu ngabalukarkeun tumuwuh inohong ieu.

Sipat Anyar kuantum cahaya: efek photoelectric jeung hukum na

Salila ngembangkeun Hertz urang tiori sarta praktek Stoletov geus ditarik tilu hukum dasar, nu, salaku tétéla, anu foton nyaéta fungsi:

Мощность светового излучения, которое падает на поверхность тела, прямо пропорциональна силе тока насыщения. 1. lampu Power nu ragrag dina beungeut awak langsung sabanding jeung kakuatan arus jenuh.

Мощность светового излучения никак не влияет кинетическую энергию фотоэлектронов, а вот частота света является причиной линейного роста последней. 2. lampu Power henteu mangaruhan énergi kinétik photoelectron, tapi frékuénsi cahaya nyaéta anu ngabalukarkeun tumuwuhna linier nu pangahirna.

Существует некая «красная граница фотоэффекта». 3. Aya jenis "ujung beureum tina pangaruh photoelectric". Garis handap éta lamun frékuénsi nyaéta kurang ti lampu indikator frékuénsi minimum pikeun bahan dibikeun, efek photoelectric watekna.

dua téori tabrakan kasusah

Saatos Rumus diturunkeun Max Planck, Élmu Nyanghareupan kantun hiji. Saméméhna diturunkeun gelombang, sarta sipat kuantum cahaya, nu éta kabuka saeutik saterusna, moal aya dina kerangka hukum katampa umumna fisika. Luyu jeung éléktromagnétik, téori heubeul, sadaya éléktron awak, nu tumiba dina lampu kudu datang kana osilasi kapaksa dina frékuénsi anu sarua. Ieu bakal ngahasilkeun hiji énergi kinétik wates nu geus rada teu mungkin. Leuwih ti éta, keur akumulasi jumlah diperlukeun of sésana bakal tetep énergi éléktron perlu bisa puluhan menit, sedengkeun efek photoelectric, dina prakna, aya teu reureuh slightest. kabingungan salajengna jengkar ogé tina kanyataan yen énergi photoelectrons henteu gumantung kana kakawasaan lampu. Leuwih ti éta, boga teu ujung beureum tina pangaruh photoelectric, sarta teu diitung sabanding jeung frékuénsi sahiji éléktron énergi kinétik lampu geus dibuka. Téori heubeul teu bisa ngajelaskeun jelas katempo ku mata fenomena fisik, sarta anyar teu acan pinuh digawé kaluar.

Rasionalisme Alberta Eynshteyna

Ngan taun 1905, anu fisikawan hébat Albert Einstein némbongkeun dina praktekna jeung diucapkeun dina teori, naon éta - sifat leres cahaya. Sarta gelombang sipat kuantum, buka ku dua sabalikna unggal hipotesis lianna di bagian sarua alamiah keur foton. Pikeun ngalengkepan gambar lacked ukur prinsip discreteness, nyaéta lokasi pasti foton dina spasi. Unggal foton - partikel nu bisa diserep atawa dipancarkeun sakabéhna. Éléktron "neureuy" foton jero naek muatan na dina nilai tina énergi diserep ku partikel. Salajengna, jero photocathode éléktron ngalir ka pabeungeutannana, bari ngajaga hiji "dosis ganda" tanaga, anu kaluaran anu disulap jadi énergi kinétik. Dina ragam basajan ieu, sarta pangaruh photoelectric dilumangsungkeun nu euweuh réaksi nyangsang. Di finish tina éléktron ngahasilkeun kuantum sorangan, nu tumiba dina beungeut awak, radiating kalawan malah leuwih énergi. The gede jumlah foton dihasilkeun - radiasi leuwih kuat masing-masing jeung turun naek tina gelombang lampu tumuwuh.

Alat pangbasajanna, nu dumasar kana prinsip efek photoelectric

Sanggeus pamanggihan dijieun ku élmuwan Jérman dina awal abad ka aplikasi meunang kana pasipatan kuantum cahaya pikeun pembuatan rupa alat. Papanggihan, anu operasi nyaéta éfék photoelectric, disebut sél surya, wakil pangbasajanna nu - vakum dina. Diantara kalemahan na bisa disebut konduktivitas ayeuna lemah, sensitipitas low ka radiasi panjang gelombangna, naha nu mangrupa dinya moal bisa dipaké dina sirkuit AC. Alat vakum anu loba dipaké dina photometry, aranjeunna ngukur kakuatan kacaangan sarta kualitas lampu. Anjeunna oge muterkeun hiji peran penting dina fototelefonah jeung mangsa playback audio.

Sél Photovoltaic kalayan fungsi konduksi

Ieu cukup tipe béda tina alat eta, nu dumasar kana sipat kuantum cahaya. Tujuan maranéhanana - ngarobih dénsitas pamawa. fenomena ieu kadangkala disebut efek photoelectric internal, sarta éta dasar photoconductors operasi. semikonduktor ieu téh maén peran anu kacida penting dina kahirupan urang sapopoé. Pikeun kahiji kalina aranjeunna mimiti nganggo mobil retro. Tuluy maranehna nyadiakeun éléktronika jeung batré operasi. Di tengah abad ka mimitian nerapkeun sél surya misalna pikeun ngawangun spaceships. Nepi ka ayeuna, alatan éfék photoelectric internal beroperasi dina turnstiles dina subway, kalkulator dibabawa tur panels surya.

réaksi photochemical

Lampu, sipat mana éta ukur sawaréh aya elmu dina abad ka, dina kanyataanana, eta mangaruhan jeung prosés kimiawi biologis. Dina pangaruh aliran dimimitian prosés disosiasi molekul kuantum sarta ngahiji maranéhna jeung atom. Dina sains, ieu katelah photochemistry, sarta di alam ieu unsur salah sahiji manifestasi nyaeta fotosintésis. Éta alatan gelombang prosés lampu tina émisi zat tangtu dihasilkeun ku sél kana spasi extracellular, whereby pabrik janten héjo.

Mangaruhan sipat kuantum cahaya jeung visi manusa. Meunang dina rétina, foton a micu prosés dékomposisi molekul protéin. Inpo ieu diangkut ku neuron dina uteuk, sarta sanggeus perlakuan, urang tiasa sadaya ningali cahaya. molekul protéin Nightfall ieu disimpen na visi anu diakomodir ka kondisi anyar.

hasil

Urang kapanggih kaluar dina kursus artikel ieu, nu utamana sipat kuantum cahaya nu ditémbongkeun dina fenomena disebut efek photoelectric. Unggal foton boga muatan sarta massa, sarta nalika confronted kalawan éléktron ragrag kana eta. Kuantum na éléktron jadi salah, sarta énergi digabungkeun maranéhanana dirobah jadi énergi kinétik, anu, mastikeun diomongkeun, dipikabutuh pikeun palaksanaan efek photoelectric. The osilasi gelombang sahingga dihasilkeun bisa ngaronjatkeun energi foton, tapi ngan ka ukuran nu tangtu.

pangaruh Photoelectric dinten téh salah sahiji komponén penting paling jenis pakakas. Dina dasar na wangunan kapal spasi na satelit, ngamekarkeun sél solar anu dipaké salaku sumber énérgi bantu. Sajaba ti éta, gelombang cahaya boga dampak hébat dina prosés kimia na biologi di Bumi. Expense cahya panonpoé biasa pepelakan anu héjo, atmosfer bumi ieu dicét palette pinuh ku bulao, sarta kami ningali dunya sakumaha anu kasebut.