Քվանտային ֆիզիկան: քվանտային հատկությունները լույսի

Երբեւէ մտածել եք, թե ինչ է նշանակում իրականում շատ թեթեւ երեւույթների. Օրինակ, վերցնել ֆոտոէֆեկտի, ջերմային ալիքներ, ֆոտոքիմիական գործընթացները եւ այլն, բոլոր քվանտային հատկությունների լույսի. Եթե նրանք չեն հայտնաբերվել, գիտնականներ աշխատանքները չէր լինի տեղափոխվել մեռյալ կետից, ըստ էության, ինչպես նաեւ գիտական ու տեխնիկական առաջընթացը: Ուսումնասիրել իրենց բաժինը քվանտային օպտիկայի, որը անքակտելիորեն կապված է նույն մասնաճյուղի ֆիզիկայի.

Quantum հատկությունները լույսի `ա սահմանումը

Մինչեւ վերջերս, հստակ եւ համապարփակ մեկնաբանության: Այս օպտիկական երեւույթի չի կարող տալ: Նրանք հաջողությամբ կիրառվում են գիտության եւ առօրյա կյանքում, դրա հիման վրա կառուցել է ոչ միայն բանաձեւը, սակայն ամբողջ խնդիրը ֆիզիկայի. Ձեւակերպել է վերջնական որոշում է ձեռք բերել միայն ժամանակակից գիտնականների, ովքեր ամփոփեցին գործունեությունը իր նախորդների. Այսպիսով, քվանտային ալիքային հատկությունները լույսի եւ մի հետեւանք առանձնահատկությունների իր էմիտենտների, որոնցմով ատոմների են էլեկտրոնները: Quantum (կամ ֆոտոնային), որը ձեւավորվել է այն փաստը, որ էլեկտրոն շարժվում է իջեցնել էներգետիկ մակարդակը, դրանով իսկ գեներացնող էլեկտրատեխնիկական մագնիսական իմպուլսներ:

Առաջին օպտիկական դիտարկումները

XIX столетии. Այն ենթադրությունը առկայության մասին քվանտային հատկությունների լույսի հայտնվել է XIX դարում: Գիտնականները հայտնաբերել են, եւ ջանասիրաբար երեւույթների, ինչպիսիք են դիֆրակցիոն, միջամտության եւ բեւեռացման: Նրանց օգնությամբ, էլեկտրամագնիսական ալիք տեսությունը լույսի էր ստացվում: Այն հիմնված էր արագացման շարժման էլեկտրոնների ընթացքում oscillations մարմնի. Որպես հետեւանք, տաքացնում, հաջորդում են ալիքների լույսի հայտնվել ետեւում նրան. Առաջին հեղինակը հիպոթեզը այս թեմայի ը ձեւավորվել է անգլիացու Դ Rayleigh. Նա համարվում է որպես համակարգի ռադիացիոն հավասար եւ մշտական ալիքների, եւ մի սահմանափակվում տարածության. Ըստ նրա եզրակացությունների, ինչպես նաեւ նվազում է իրենց արտադրանքի ալիքի երկարության պետք կավելանա շարունակաբար, ընդ որում, պահանջվում է ունենալ ուլտրամանուշակագույն եւ ռենտգենյան ճառագայթներ: Գործնականում, այս ամենը չի հաստատվել, եւ այն տեւել է մեկ այլ տեսաբան է:

Պլանկի բանաձեւը

XX века Макс Планк – физик немецкого происхождения – выдвинул интересную гипотезу. Սկզբին XX դարի Maks PLANK - ը Գերմանիայում ծնված ֆիզիկոս - առաջադրեց մի հետաքրքիր վարկածը. Ըստ նրա, արտանետումների եւ կլանում լույսի չի ունենում անընդհատ, ինչպես նախկինում կարծում, եւ պաշարներ - քվանտի, կամ, ինչպես իրենք են անվանում ֆոտոնների. h , и он был равен 6,63·10 ^-34 Дж·с. Պլանկի հաստատունն ներդրվել - համաչափության գործոն ներկայացված է նամակով ժ, իսկ դա հավասար էր 6.63 × 10 ^-34 J · s. v – частота света. Որպեսզի հաշվարկել էներգիան յուրաքանչյուր ֆոտոն, անհրաժեշտ է եւս մեկ արժեք v - հաճախականությունը լույսի. Պլանկի հաստատունն բազմապատկած հաճախականությամբ, եւ, որպես հետեւանք ձեռք բերել էներգիան մեկ ֆոտոնի: Քանի որ գերմանացի գիտնական ճիշտ եւ ճիշտ ապահովված է պարզ բանաձեւով, քվանտային հատկությունների լույսի, որը նախկինում հայտնաբերված են Հ Հերց, եւ նշանակված այն որպես ֆոտոէֆեկտի:

Հայտնաբերելու է ֆոտոէֆեկտի

Քանի որ մենք արդեն ասել է, որ գիտնականը genrih gerts առաջինն էր, ով ուշադրություն հրավիրեց քվանտային հատկությունների լույսը nezamechaemye ավելի վաղ: The ֆոտոէֆեկտի հայտնաբերվել է 1887 թ., Երբ գիտնականը միացավ լուսավորված է ցինկ ափսե եւ մի եղէգ, որ էլեկտրաչափ: Այն դեպքում, երբ ափսե գալիս է դրական լիցք, որ էլեկտրաչափ չի գրվել. Եթե բացասական մեղադրանք է արտանետվել, որ սարքը սկսում անելու, ինչպես արագ, որքան ափսե ընկնում ուլտրամանուշակագույն ճառագայթների. Այս ընթացքում գործնական փորձի, այն էր, ապացուցեց, որ ափսե ենթարկվում է լույսի կարող ճառագայթաձլ բացասական էլեկտրական մեղադրանքները, որոնք հետագայում ստացել է համապատասխան անուն - էլեկտրոնները:

Գործնական փորձը Stoletova

Գործնական փորձարկումները էլեկտրոնների անցկացրել ռուս հետազոտող Ալեքսանդր Stoletov: Համար գիտափորձերի նա օգտագործվում է վակուում ապակի լամպ եւ երկու էլեկտրոդ. Մեկ էլեկտրոդների էր օգտագործվել իշխանության փոխանցման, իսկ երկրորդը `լուսավորված, եւ այն բերման է բացասական բեւեռ մարտկոցի. Այս ընթացքում շահագործման է, որ ներկայիս սկսում է մեծացնել ուժ, սակայն որոշ ժամանակ անց այն դարձել է հաստատուն եւ ուղիղ համեմատական է ճառագայթման լույսի. Որպես հետեւանք, այն էր, որ կինետիկ էներգիայի էլեկտրոնների, ինչպես նաեւ հետաձգում լարման կախված չէ, որ իշխանության լույսի. Բայց հաճախականության լույսի առաջացնում է աճել այս ցուցանիշը:

Նոր քվանտային հատկություններ լույս The ֆոտոէֆեկտի եւ նրա օրենքները

Մշակման ընթացքում Հերց տեսության եւ պրակտիկայի Stoletov էր վերցվել երեք հիմնական օրենքները, որոնք, ինչպես պարզվել է, որ ֆոտոնները են գործում:

Мощность светового излучения, которое падает на поверхность тела, прямо пропорциональна силе тока насыщения. 1. Power լույսը, որ ընկնում է մակերեսի մարմնի ուղիղ համեմատական է ուժով հագեցման ընթացիկ.

Мощность светового излучения никак не влияет кинетическую энергию фотоэлектронов, а вот частота света является причиной линейного роста последней. 2. Power լույսը չի ազդում կինետիկ էներգիան photoelectron, բայց հաճախականությունը լույսի է պատճառը, որ վերջին գծային աճի:

Существует некая «красная граница фотоэффекта». 3. Կա մի տեսակ, «կարմիր եզրին է ֆոտոէֆեկտի»: Ներքեւի գծի այն է, որ եթե հաճախականությունը ավելի քիչ է, քան նվազագույն հաճախականությունը ցուցանիշը լույսի համար տվյալ նյութի, ֆոտոէֆեկտի է նկատվում:

երկու տեսություններ բախում Դժվարություններ

Այն բանից հետո, բանաձեւը ստացված Մաքս Պլանկի, գիտության կանգնած է երկընտրանքի առջեւ: Նախկինում ստացված ալիքը, եւ քվանտային հատկությունների լույսի, որը բաց էին մի փոքր ավելի ուշ, չի կարող գոյություն ունենալ շրջանակներում ընդունված օրենքների ֆիզիկայի. Համաձայն, էլեկտրամագնիսական, հին տեսությունը, բոլոր էլեկտրոնները մարմնի, որը ընկնում է լույսի պետք է մտնի հարկադիր տատանում միեւնույն հաճախականությամբ: Սա կլիներ առաջացնում մի անսահման կինետիկ էներգիան, որը անհնար է իրականացնել: Ավելին, կուտակման պահանջվող գումարի հանգստի կմնա էլեկտրոնային էներգիա է անհրաժեշտ, որպեսզի կարողանանք տասնյակ րոպե, իսկ ֆոտոէֆեկտի, գործնականում, չկա փոքր - ինչ ուշացումով: Բացի այդ խառնաշփոթը վեր կացաւ է նաեւ այն փաստը, որ էներգետիկ photoelectrons չի կախված իշխանության լույսի. Ընդ որում, չունի կարմիր եզրին է ֆոտոէֆեկտի, եւ չէր հաշվարկվել համամասնական հաճախականության էլեկտրոնների կինետիկ էներգիա լույսի արդեն բացվել: Հին տեսությունը չէր կարող բացատրել, հստակորեն տեսանելի է աչքի ֆիզիկական երեւույթների, եւ նոր չի դեռեւս ամբողջությամբ մշակվել է:

Ռացիոնալիզմ Alberta Eynshteyna

Միայն 1905 թ., Մեծ ֆիզիկոս Ալբերտ Էյնշտեյնը ցույց տվեց գործնականում եւ հոդակապավոր է տեսականորեն, թե դա ինչ է, - ճշմարիտ բնույթը լույսի. Քվանտ եւ ալիքի հատկությունները, բաց է երկու դիմաց միմյանց վարկածներ հավասար մասերի բնորոշ ֆոտոնների. Ավարտելու պատկերն զուրկ է միայն սկզբունքը դիսկրետության, այսինքն, ճշգրիտ վայրը ֆոտոնների տարածության. Յուրաքանչյուր ֆոտոն մի մասնիկը, որը կարող է կլանել, կամ արտանետվել, որպես ամբողջություն. Էլեկտրոն »կուլ« ներսում ֆոտոն մեծացնում է իր մեղադրանքը վրա արժեքի էներգիայի կլանված կողմից մասնիկների. Բացի այդ, ներսում կատոդային էլեկտրոնների շարժվում է իր մակերեսին, իսկ պահպանելով «կրկնակի չափաբաժինը» էներգիայի, որը թողարկման վերածվում կինետիկ էներգիայի. Այս պարզ ձեւով, եւ ֆոտոէֆեկտի իրականացվում է, որը ոչ մի ուշ արձագանքելու: Ավարտի Էլեկտրոնի արտադրում քվանտ ինքնին, որը ընկնում է մակերեսի մարմնի, փայլում նույնիսկ ավելի էներգիա: Որ ավելի մեծ թվով ֆոտոնների արտադրված այն ավելի հզոր ռադիացիոն, համապատասխանաբար, եւ տատանումը թեթեւ ալիքի աճում.

Ամենապարզ սարքերը, որոնք հիմնված են սկզբունքի ֆոտոէֆեկտի

Հայտնագործություններից հետո արված է գերմանացի գիտնականների սկզբին քսաներորդ դարի, ապա դիմումը ստանում է քվանտային հատկությունների լույսի համար արտադրության տարբեր սարքերի: Գյուտերը, որոնց վիրահատությունը ֆոտոէֆեկտի, որը կոչվում է արեւային բջիջների, ամենապարզ ներկայացուցչական որից վակուումը. Ի թիվս իր թերությունները կարելի է անվանել թույլ է ընթացիկ ջերմահաղորդություն, ցածր զգայունությունը երկար ալիքի ճառագայթման, որն է պատճառը, որ այն չի կարող օգտագործվել ի անկյունների սխեմաների. Վակուում Սարքը լայնորեն օգտագործվում է լուսաչափման, նրանք չափել ուժ պայծառությունն ու թեթեւ որակի. Նա նաեւ կարեւոր դեր է խաղում է fototelefonah եւ ընթացքում աուդիո նվագարկումը.

Photovoltaic բջիջների հետ անցկացման գործառույթների

Դա բավական տարբեր տեսակի սարքեր, որոնք հիման վրա քվանտային հատկությունների լույսի. Նրանց նպատակն - է փոխել օպերատորը խտությունը: Այս երեւույթը երբեմն կոչվում է ներքին ֆոտոէֆեկտի, եւ դա հիմք է հանդիսանում շահագործման photoconductors: Այս կիսահաղորդիչների խաղում են շատ կարեւոր դեր է մեր ամենօրյա կյանքում: Համար առաջին անգամ նրանք սկսեցին օգտագործել ռետրո մեքենաները. Ապա նրանք տրամադրել են էլեկտրոնային եւ մարտկոցի գործողությունը: Ի կեսին քսաներորդ դարի սկսեցին կիրառել այնպիսի արեւային բջիջների կառուցման համար spaceships. Մինչեւ հիմա, պայմանավորված է ներքին ֆոտոէֆեկտի գործել Վանդակներ են մետրոյում, դյուրակիր հաշվիչներ եւ արեւային վահանակներ:

ֆոտոքիմիական ռեակցիաներ

Թեթեւ, որոնց բնույթը էր միայն մասամբ հասանելի գիտությունը քսաներորդ դարում, ըստ էության, դա ազդում է քիմիական եւ կենսաբանական գործընթացները. Ազդեցության տակ հոսքի սկսվում քվանտային մոլեկուլային անջատում գործընթացը եւ դրանց միաձուլման հետ ատոմների. Գիտության մեջ, սա հայտնի է որպես լուսաքիմիայում, եւ բնության մեկի իր դրսեւորումներով photosynthesis. Դա պայմանավորված է թեթեւ ալիքների գործընթացներին արտանետման որոշ նյութերի արտադրության բջիջների մեջ արտաբջջային տարածություն, որի գործարանը դառնում կանաչ.

Ազդում է քվանտային հատկությունների լույսի եւ մարդկային տեսլականով: Getting ցանցաթաղանթի վրա, մի ֆոտոնը triggers գործընթացը տարրալուծման սպիտակուցային մոլեկուլների. Այս տեղեկատվությունը տեղափոխվում է neurons է ուղեղի, եւ հետո բուժման, մենք կարող ենք բոլորս տեսնում ենք լույսը: Nightfall սպիտակուցը մոլեկուլ է վերականգնվել ու տեսլականը տեղավորվել նոր պայմաններին:

արդյունքները

Մենք պարզել ընթացքում սույն հոդվածի, որը հիմնականում քվանտային հատկությունների լույսի գույնով են նշված երեւույթի, որը կոչվում է ֆոտոէֆեկտի: Յուրաքանչյուր ֆոտոն ունի իր մեղադրանքը եւ զանգվածը, եւ երբ բախվում է էլեկտրոնի ընկնի: Quantum եւ էլեկտրոն դառնալ մեկը, եւ դրանց համակցված էներգիան է փոխակերպվել կինետիկ էներգիայի, որը, խիստ ասած, իրականացման համար անհրաժեշտ է ֆոտոէֆեկտի: Որ ալիքը տատանում Այսպես արտադրվել կարող է բարձրացնել ֆոտոն էներգիան, բայց միայն որոշ չափով:

Ֆոտոէֆեկտի այսօր էական բաղադրիչն է բոլոր տեսակի սարքավորումների. Դրա հիման վրա շինարարական տիեզերական նավերի եւ արբանյակների, զարգացնել արեւային բջիջների, որոնք օգտագործվում են որպես աղբյուր օժանդակ էներգիայի. Բացի այդ, թեթեւ ալիքներ են մեծ ազդեցություն ունենալ վրա քիմիական եւ կենսաբանական գործընթացների Երկրի վրա. Հաշվին սովորական արեւի լույսի բույսերը գտնվում են կանաչ, երկրագնդի մթնոլորտը նկարել լիարժեք գունապնակ կապույտ, եւ մենք տեսնում ենք, որ աշխարհը, քանի որ դա է: