La physique quantique: les propriétés quantiques de la lumière

Avez – vous déjà pensé à ce qui constitue en fait de nombreux phénomènes de lumière? Par exemple, prendre l'effet photoélectrique, vagues de chaleur, les processus photochimiques et autres – toutes les propriétés quantiques de la lumière. S'ils n'avaient pas été découverts, les scientifiques travaux ne se sont déplacés du point mort, en fait, ainsi que le progrès scientifique et technique. Étudier leur section de l' optique quantique, qui est inextricablement liée à la même branche de la physique.

propriétés quantiques de la lumière: une définition

Jusqu'à une date récente, l'interprétation claire et complète de ce phénomène optique ne pouvait pas donner. Ils sont utilisés avec succès dans la science et la vie quotidienne, sur cette base pour construire non seulement la formule , mais le problème de la physique. Formulez une décision définitive être obtenue que des scientifiques modernes qui résument les activités de ses prédécesseurs. Ainsi, les propriétés des ondes quantiques de la lumière et – une conséquence des caractéristiques de ses émetteurs, les atomes wherewith sont des électrons. Quantum (ou photon) est formée en raison du fait qu'un électron se déplace pour diminuer le niveau d'énergie, générant ainsi des impulsions électromagnétiques.

Les premières observations optiques

XIX столетии. L'hypothèse de la présence des propriétés quantiques de la lumière est apparue au XIXe siècle. Les scientifiques ont découvert et des phénomènes diligemment tels que la diffraction, l' interférence et la polarisation. Avec leur aide, la théorie des ondes électromagnétiques de la lumière a été dérivé. Il était basé sur l'accélération du mouvement des électrons au cours des oscillations du corps. En conséquence, les chaleurs, suivies par les vagues de lumière est apparu derrière lui. La première hypothèse de l' auteur sur ce sujet a formé l'Anglais D. Rayleigh. Il est considéré comme un système de rayonnement des ondes égales et permanentes, et dans un espace confiné. Selon ses conclusions, avec une diminution de leur longueur d' onde de sortie devrait augmenter de façon continue, par ailleurs, nécessaire d'avoir ultraviolet et les rayons X. Dans la pratique, tout cela n'a pas été confirmé, et il a fallu un autre théoricien.

La formule de Planck

XX века Макс Планк – физик немецкого происхождения – выдвинул интересную гипотезу. Au début du XX siècle Maks Plank – un physicien d' origine allemande – a présenté une hypothèse intéressante. Selon elle, l'émission et l' absorption de la lumière ne se produit pas de manière continue, comme le pensait, et des parties – quanta, ou comme on les appelle photons. h , и он был равен 6,63·10 ^-34 Дж·с. La constante de Planck a été introduit – facteur de proportionnalité représenté par la lettre h, et il était égal à 6,63 × 10 ^-34 J · s. v – частота света. Afin de calculer l'énergie de chaque photon, une plus grande valeur nécessaire – v – la fréquence de la lumière. la constante de Planck multipliée par la fréquence, et par conséquent obtenu l'énergie d'un seul photon. Étant donné que le scientifique allemand avec précision et correctement dans une formule simple, les propriétés quantiques de la lumière, qui avait déjà été trouvés par H. Hertz, et désigné comme l'effet photoélectrique.

La découverte de l'effet photoélectrique

Comme nous l' avons dit, le scientifique Genrih Gerts a été le premier qui a attiré l' attention sur les propriétés quantiques de la lumière nezamechaemye plus tôt. L'effet photoélectrique a été découvert en 1887 quand un scientifique a rejoint illuminé une plaque de zinc et une tige de l'électromètre. Dans le cas où la plaque est une charge positive, l'électromètre ne se décharge pas. Si une charge négative est émise, l'appareil commence à se décharger, dès que la plaque tombe aux rayons ultraviolets. Au cours de cette expérience pratique , il a été prouvé que la plaque est exposée à la lumière peut émettre des charges électriques négatives qui ont reçu plus tard le nom approprié – électrons.

L'expérience pratique Stoletova

Des expériences pratiques avec des électrons conduits chercheur russe Alexander Stoletov. Pour ses expériences , il a utilisé une ampoule de verre sous vide et deux électrodes. Une électrode a été utilisée pour la transmission de puissance, et le second a été allumé, et il a été porté au pôle négatif de la batterie. Au cours de cette opération, le courant commence à augmenter la force, mais après un certain temps , il est devenu une constante et directement proportionnelle au rayonnement de la lumière. En conséquence, il a été constaté que l'énergie cinétique des électrons ainsi que retarder la tension ne dépend pas de la puissance de la lumière. Mais l'augmentation de la fréquence de la lumière provoque de croître ce chiffre.

De nouvelles propriétés quantiques de la lumière: l'effet photoélectrique et ses lois

Au cours du développement de la théorie de Hertz et de la pratique Stoletov avait été retiré trois lois fondamentales, qui, comme il est apparu, les photons fonctionnent:

Мощность светового излучения, которое падает на поверхность тела, прямо пропорциональна силе тока насыщения. 1. Le voyant d'alimentation qui tombe sur la surface du corps est directement proportionnelle à l'intensité du courant de saturation.

Мощность светового излучения никак не влияет кинетическую энергию фотоэлектронов, а вот частота света является причиной линейного роста последней. 2. Le voyant d'alimentation ne modifie pas l'énergie cinétique du photoélectron, mais la fréquence de la lumière est la cause de la dernière croissance linéaire.

Существует некая «красная граница фотоэффекта». 3. Il y a une sorte de « bord rouge de l'effet photoélectrique. » L'essentiel est que , si la fréquence est inférieure à la lumière de l' indicateur de fréquence minimale pour un matériau donné, l'effet photoélectrique est observée.

deux théories Difficultés de collision

Après la formule dérivée Max Planck, la science a fait face à un dilemme. vague précédemment dérivée, et les propriétés quantiques de la lumière, qui étaient ouvertes un peu plus tard, ne pouvait exister dans le cadre des lois généralement admises de la physique. Conformément à la électromagnétique, la vieille théorie, tous les électrons du corps, qui tombe sur la lumière doit entrer en oscillation forcée à la même fréquence. Cela générerait une énergie cinétique infinie qui est tout à fait impossible. De plus, l'accumulation de la quantité requise de repos resterait l'énergie des électrons est nécessaire pour être en mesure de dizaines de minutes, alors que l'effet photoélectrique, dans la pratique, il n'y a pas le moindre retard. Une confusion supplémentaire a également été soulevée du fait que l'énergie de photoélectrons ne dépend pas de la puissance de la lumière. De plus, n'a pas le bord rouge de l'effet photoélectrique, et n'a pas été calculée proportionnelle à la fréquence de l'énergie cinétique des électrons de la lumière a été ouvert. La vieille théorie ne pouvait pas expliquer clairement visible à l'œil des phénomènes physiques, et la nouvelle n'a pas encore pleinement élaboré.

Rationalisme Alberta Eynshteyna

Seulement en 1905, le grand physicien Albert Einstein a montré dans la pratique et articulée en théorie, ce qu'il est – la vraie nature de la lumière. Et les propriétés des ondes quantiques, ouvert par deux hypothèses opposées à parts égales inhérentes aux photons. Pour compléter le tableau ne manquait que le principe de la discrétisation, à savoir l'emplacement exact des photons dans l' espace. Chaque photon – une particule qui peut être absorbée ou émise dans son ensemble. Electron « avalant » photon intérieur augmente sa charge sur la valeur de l'énergie absorbée par les particules. En outre, à l' intérieur de l'électron photocathode se déplace à sa surface, tout en maintenant une « double dose » de l' énergie, dont la sortie est transformée en énergie cinétique. De cette manière simple, et l' effet photoélectrique est effectuée dans lequel aucune réaction retardée. A l'arrivée de l'électron produit un quantique elle-même, qui tombe sur la surface du corps, rayonnant avec encore plus d' énergie. Plus le nombre de photons produits – le rayonnement plus puissant, respectivement, et la variation de l'onde lumineuse augmente.

Les dispositifs les plus simples, qui sont basés sur le principe de l'effet photoélectrique

Après les découvertes faites par des scientifiques allemands au début du XXe siècle, l'application pénètre dans les propriétés quantiques de la lumière pour la fabrication de divers dispositifs. Inventions, dont le fonctionnement est l'effet photoélectrique, appelées cellules solaires, le représentant de la plus simple qui – du vide. Parmi ses inconvénients peuvent être appelés faible conductivité courant, faible sensibilité au rayonnement grande longueur d'onde, ce qui est la raison pour laquelle il ne peut pas être utilisé dans les circuits AC. Le dispositif d'aspiration est largement utilisé en photométrie, ils mesurent la force de la luminosité et de la qualité de la lumière. Il joue également un rôle important dans fototelefonah et pendant la lecture audio.

Les cellules photovoltaïques avec des fonctions de conduction

Il était tout à fait un autre type de dispositifs, qui sont basés sur les propriétés quantiques de la lumière. Leur but – pour changer la densité porteuse. Ce phénomène est parfois appelé l'effet photoélectrique interne, et il est à la base de photoconducteurs de fonctionnement. Ces semi – conducteurs jouent un rôle très important dans notre vie quotidienne. Pour la première fois ils ont commencé à utiliser les voitures rétro. Ensuite , ils fournissent l'électronique et le fonctionnement batterie. Au milieu du XXe siècle a commencé à appliquer ces cellules solaires pour la construction de vaisseaux spatiaux. Jusqu'à présent, en raison de l'effet photoélectrique interne faire fonctionner les tourniquets dans le métro, les calculatrices portables et des panneaux solaires.

réactions photochimiques

Lumière, dont la nature n'était la science partiellement disponible au XXe siècle, en fait, elle affecte les processus chimiques et biologiques. Sous l'influence de l' écoulement commence processus de dissociation moléculaire quantique et leur fusion avec les atomes. Dans la science, ce qui est connu comme la photochimie, et la nature de l' une de ses manifestations est la photosynthèse. Elle est due à des ondes lumineuses processus d'émission de certaines substances produites par les cellules dans l'espace extracellulaire, moyennant quoi la plante devient vert.

Affecter les propriétés quantiques de la lumière et de la vision humaine. Obtenir sur la rétine, un photon déclenche le processus de décomposition des molécules de protéines. Ces informations sont transportés par les neurones dans le cerveau, et après le traitement, nous pouvons tous voir la lumière. Nightfall molécule de protéine est rétablie et la vision est reçu aux nouvelles conditions.

résultats

Nous avons constaté au cours de cet article, qui est principalement les propriétés quantiques de la lumière sont présentés dans un phénomène appelé l'effet photoélectrique. Chaque photon a sa charge et la masse, et face à un électron tombe dedans. Quantum et électronique deviennent un, et leur énergie combinée est convertie en énergie cinétique, qui, strictement parlant, nécessaire à la mise en œuvre de l'effet photoélectrique. L'oscillation d'onde ainsi produite peut augmenter l'énergie des photons, mais seulement dans une certaine mesure.

aujourd'hui l' effet photoélectrique est une composante essentielle de la plupart des types d'équipement. Sur la base des vaisseaux spatiaux de construction et satellites, développer des cellules solaires sont utilisées comme source d'énergie auxiliaire. De plus, les ondes lumineuses ont un grand impact sur les processus chimiques et biologiques de la Terre. La charge de la lumière du soleil ordinaire , les plantes sont vertes, est peint palette complète de bleu dans l'atmosphère de la terre, et nous voyons le monde tel qu'il est.