فيزياء الكم: الخصائص الكمية للضوء

هل فكرت في ما يشكل في الواقع العديد من الظواهر الضوء؟ على سبيل المثال، واتخاذ التأثير الكهروضوئي، وموجات الحرارة، والعمليات الكيميائية الضوئية، وما شابه ذلك - كل الخصائص الكمية للضوء. إذا لم تكن قد تم اكتشافها، ويعمل العلماء لن يكون انتقل من نقطة ميتة، في الواقع، فضلا عن التقدم العلمي والتقني. دراسة القسم من البصريات الكم، الذي يرتبط ارتباطا وثيقا مع نفس الفرع من الفيزياء.

الخصائص الكمية للضوء: تعريف

حتى وقت قريب، على تفسير واضح وشامل لهذه الظاهرة البصرية لا يمكن أن تعطي. وهي تستخدم بنجاح في مجال العلوم والحياة اليومية، وعلى هذا الأساس لبناء ليس فقط صيغة ولكن المشكلة كلها في الفيزياء. صياغة الحصول على قرار نهائي إلا من علماء الحديث الذين لخص أنشطة سابقاتها. وهكذا، فإن خصائص موجة الكم من الضوء و- نتيجة ملامح بواعث لها، ذرات بماذا هي الإلكترونات. يتكون الكم (أو الفوتون) يرجع ذلك إلى حقيقة أن الإلكترون يتحرك لخفض مستوى الطاقة، وبالتالي توليد النبضات الكهربائية والمغناطيسية.

الملاحظات البصرية الأولى

XIX столетии. والافتراض حول وجود خصائص الكم من الضوء ظهرت في القرن التاسع عشر. وقد اكتشف العلماء والظواهر بجد مثل الحيود، والتداخل والاستقطاب. مع مساعدتهم، وقد استمدت نظرية الموجات الكهرومغناطيسية للضوء. وكان يقوم على تسريع حركة الإلكترونات خلال التذبذبات من الجسم. ونتيجة لذلك، مع ارتفاع درجات الحرارة، تليها موجات الضوء ظهرت وراءه. وشكلت فرضية المؤلف الأول على هذا الموضوع الانكليزي D. رايلي. وقال انه يعتبر نظام للإشعاع الموجات متساوية ودائمة، وفي مكان ضيق. وفقا لنتائجها، مع انخفاض في موجات إنتاجها ينبغي أن تزيد بشكل مستمر، علاوة على ذلك، يشترط أن تكون الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية. في الواقع، كل هذا لم يتأكد، واستغرق المنظر آخر.

صيغة بلانك

XX века Макс Планк – физик немецкого происхождения – выдвинул интересную гипотезу. في بداية القرن XX المكس بلانك - فيزيائي ألماني المولد - وقد طرح فرضية مثيرة للاهتمام. وفقا لها، لا يحدث انبعاث وامتصاص الضوء بشكل مستمر، كما كان يعتقد سابقا، وأجزاء - الكميات، أو كما تسمى الفوتونات. h , и он был равен 6,63·10 ^-34 Дж·с. وقدم ثابت بلانك - عامل التناسب ممثلة إلكتروني ساعة، وكان يساوي 6.63 × 10 ^-34 J · ق. v – частота света. وذلك لحساب طاقة كل فوتون، حاجة واحدة أكثر قيمة - ت - تردد الضوء. ثابت بلانك مضروبا في التردد، ونتيجة لذلك الحصول على الطاقة من فوتون واحد. منذ عالمة ألمانية المضمون بدقة وبشكل صحيح في صيغة بسيطة، والخصائص الكمية للضوء، التي كانت قد وجدت من قبل H. هيرتز، وصممت لأن التأثير الكهروضوئي.

اكتشاف التأثير الكهروضوئي

وكما قلنا، العالم Genrih غيرتس كان أول من لفت الانتباه إلى خصائص الكم من nezamechaemye ضوء في وقت سابق. تم اكتشاف التأثير الكهروضوئي في عام 1887 عندما انضم عالم مضيئة لوحة الزنك وقضيب من الكهربية. في حال وتأتي لوحة لشحنة موجبة، لا يتم تفريغ الكهربية. إذا خرج شحنة سالبة، ويبدأ الجهاز لأداء، في أقرب وقت لوحة تسقط أشعة فوق البنفسجية. وخلال هذا التدريب العملي على تجربة ثبت أن لوحة يتعرض للضوء يمكن أن تشع الشحنات الكهربائية السالبة، التي تلقت في وقت لاحق الاسم المناسب - الإلكترونات.

تجربة عملية Stoletova

أجرت التجارب العملية مع الإلكترونات الباحث الروسي الكسندر Stoletov. لتجاربه انه استخدم لمبة زجاجية فراغ وقطبين. وقد استخدم قطب واحد لنقل الطاقة الكهربائية، وكانت مضاءة الثانية، وأنها أحضرت إلى القطب السالب للبطارية. وخلال هذه العملية، يبدأ النظام الحالي إلى زيادة القوة، ولكن بعد حين أصبح ثابتا ويتناسب طرديا مع الأشعة من الضوء. ونتيجة لذلك، فقد وجد أن الطاقة الحركية للإلكترونات، وكذلك التأخير الجهد لا تعتمد على قوة الضوء. ولكن الزيادة في وتيرة ضوء تسبب في النمو هذا الرقم.

خصائص جديدة نوعية الضوء: التأثير الكهروضوئي وقوانينها

خلال تطوير هيرتز النظرية والممارسة Stoletov تم سحب ثلاثة قوانين أساسية، والتي، كما اتضح فيما بعد، الفوتونات هي تعمل:

Мощность светового излучения, которое падает на поверхность тела, прямо пропорциональна силе тока насыщения. 1. مصباح الطاقة التي تسقط على سطح الجسم يتناسب طرديا مع قوة تيار التشبع.

Мощность светового излучения никак не влияет кинетическую энергию фотоэлектронов, а вот частота света является причиной линейного роста последней. 2. ضوء الطاقة لا يؤثر على الطاقة الحركية للالضوئية، ولكن تردد الضوء هو سبب أحدث النمو الخطي.

Существует некая «красная граница фотоэффекта». 3. وهناك نوع من "حافة الحمراء من التأثير الكهروضوئي". خلاصة القول هي أنه إذا كان التردد هو أقل من الحد الأدنى للضوء مؤشر تردد لمادة معينة، لوحظ التأثير الكهروضوئي.

نظريتين الصعوبات تصادم

بعد المستمدة صيغة ماكس بلانك، واجه العلوم مع المعضلة. موجة المستمدة سابقا، والخصائص الكمية للضوء، التي كانت مفتوحة في وقت لاحق قليلا، لا يمكن أن توجد في إطار القوانين المتعارف عليها في الفيزياء. وفقا للالكهرومغناطيسية، يجب على النظرية القديمة، كل الإلكترونات من الجسم، والذي يصادف في ضوء حيز التذبذب القسري على نفس التردد. وهذا من شأنه توليد الطاقة الحركية لانهائية أن من المستحيل تماما. وعلاوة على ذلك، لتراكم المبلغ المطلوب من بقية ستظل الطاقة الإلكترون هو ضروري لتكون قادرة على عشرات من الدقائق، في حين أن التأثير الكهروضوئي، من الناحية العملية، وليس هناك أدنى تأخير. نشأ مزيد من الارتباك أيضا من حقيقة أن الطاقة من الالكترونات الضوءيه لا يعتمد على قوة الضوء. وعلاوة على ذلك، لم حافة الحمراء من التأثير الكهروضوئي، ولم يكن محسوبا يتناسب تم فتح تردد الإلكترون الطاقة الحركية للضوء. نظرية قديمة لا يمكن أن يفسر واضحة للعيان للعين من الظواهر الفيزيائية، والجديد لم يتم عمل بشكل كامل.

العقلانية ألبرتا Eynshteyna

فقط في عام 1905، أظهر الفيزيائي الكبير ألبرت أينشتاين في الممارسة ومفصلية من الناحية النظرية، ما هو عليه - الطبيعة الحقيقية للضوء. وخصائص موجة الكم، مفتوحة من قبل اثنين مقابل كل فرضيات أخرى في أجزاء متساوية الملازمة للفوتونات. واستكمالا للصورة تفتقر فقط مبدأ التحوط، أي المكان المحدد من الفوتونات في الفضاء. كل فوتون - الجسيمات التي يمكن استيعابها أو المنبعثة ككل. الإلكترون "البلع" الفوتون الداخل يزيد من شحنتها على قيمة الطاقة التي تمتصها جزيئات. وعلاوة على ذلك، داخل الإلكترون ضوئي ينتقل إلى سطحه، مع الحفاظ على "جرعة مزدوجة" للطاقة، الذي الانتاج تتحول إلى طاقة حركية. بهذه الطريقة البسيطة، ويتم التأثير الكهروضوئي في أي رد فعل متأخر. في النهاية الإلكترون تنتج الكم نفسه، والذي يقع على سطح الجسم، ويشع مع المزيد من الطاقة. وكلما زاد عدد الفوتونات المنتجة - الإشعاع أقوى، على التوالي، وتذبذب موجة الضوء ينمو.

إن أبسط الأجهزة، والتي تقوم على مبدأ التأثير الكهروضوئي

بعد الاكتشافات التي حققتها العلماء الألمان في بداية القرن العشرين، ويحصل التطبيق في خصائص الكم من الضوء لتصنيع الأجهزة المختلفة. الاختراعات، التي هي عملية التأثير الكهروضوئي، تسمى الخلايا الشمسية، وأبسط ممثل الذي - الفراغ. ومن سلبياته يمكن أن يسمى ضعف التوصيل الحالي، انخفاض الحساسية للإشعاع الموجة الطويلة، والذي هو السبب في أنه لا يمكن أن تستخدم في الدوائر AC. يستخدم على نطاق واسع الجهاز فراغ في قياس الضوء، يقيسون قوة السطوع ونوعية الضوء. كما انه يلعب دورا هاما في fototelefonah وأثناء تشغيل الصوت.

الخلايا الضوئية مع وظائف التوصيل

كان لا بأس به نوع مختلف من الأجهزة، والتي تقوم على خصائص الكم من الضوء. الغرض منها - لتغيير كثافة الناقل. وتسمى هذه الظاهرة في بعض الأحيان التأثير الكهروضوئي الداخلي، وهذا هو أساس photoconductors العملية. وتلعب هذه أشباه الموصلات دورا هاما جدا في حياتنا اليومية. للمرة الأولى التي بدأت في استخدام السيارات الرجعية. ثم أنها توفر عملية الالكترونيات والبطارية. في منتصف القرن العشرين بدأ تطبيق هذه الخلايا الشمسية لبناء سفن الفضاء. حتى الآن، وذلك بسبب التأثير الكهروضوئي الداخلي تشغيل البوابات في مترو الانفاق، والآلات الحاسبة المحمولة والألواح الشمسية.

التفاعلات الكيميائية الضوئية

ضوء، وكانت طبيعة منها سوى العلم متاح جزئيا في القرن العشرين، في الواقع، فإنه يؤثر على العمليات الكيميائية والبيولوجية. تحت تأثير تدفق يبدأ الكم عملية التفكك الجزيئية واندماجهما مع الذرات. في العلم، وهذا هو المعروف باسم الكيمياء الضوئية، وفي طبيعة واحدة من مظاهره هو التمثيل الضوئي. ومن المقرر أن عمليات موجات الضوء من انبعاث بعض المواد التي تنتجها الخلايا في الفضاء خارج الخلية، بحيث تصبح النباتات الخضراء.

تؤثر على خصائص الكم من الضوء ورؤية الإنسان. الحصول على شبكية العين، فوتون يطلق عملية تحلل جزيئات البروتين. ويتم نقل هذه المعلومات عن طريق الخلايا العصبية في الدماغ، وبعد العلاج، يمكننا جميعا أن ترى النور. استعادة جزيء البروتين حلول الظلام واستيعاب الرؤية مع الظروف الجديدة.

النتائج

وجدنا في سياق هذا المقال، الذي هو أساسا وتظهر خصائص الكم من الضوء في ظاهرة تسمى تأثير الكهروضوئي. كل فوتون له تهمة والشامل، وعندما تواجه مع الإلكترون يقع فيه. الكم والإلكترون تصبح واحدة، ويتم تحويل الطاقة مجتمعة إلى طاقة حركية، والتي، بالمعنى الدقيق للكلمة، اللازمة لتنفيذ التأثير الكهروضوئي. التذبذب موجة بالتالي تنتج قد تزيد من طاقة الفوتون، ولكن فقط لمقياس معين.

التأثير الكهروضوئي اليوم هو عنصر أساسي في معظم أنواع المعدات. على أساسها سفن الفضاء والأقمار الصناعية بناء، تطوير وتستخدم الخلايا الشمسية كمصدر للطاقة مساعدة. وبالإضافة إلى ذلك، فإن موجات الضوء يكون لها تأثير كبير على العمليات الكيميائية والبيولوجية على الأرض. على حساب من ضوء الشمس العادي النباتات خضراء، هي التي رسمت الغلاف الجوي للأرض وحة كاملة من اللون الأزرق، ونحن نرى العالم كما هو.