Ffiseg cwantwm: priodweddau cwantwm golau

Ydych chi erioed wedi meddwl am yr hyn a olygir mewn gwirionedd llawer o ffenomenau golau? Er enghraifft, yn cymryd yr effaith ffotodrydanol, tonnau gwres, prosesau ffotocemegol ac yn y blaen - yr holl eiddo cwantwm o olau. Os nad ydynt wedi cael eu darganfod, ni fyddai gwaith gwyddonwyr wedi symud o'r man marw, mewn gwirionedd, yn ogystal â chynnydd gwyddonol a thechnegol. Astudio eu rhan o opteg cwantwm, sydd wedi'i gysylltu'n annatod gyda'r un gangen o ffiseg.

priodweddau cwantwm o olau: diffiniad

Tan yn ddiweddar, y dehongliad clir a chynhwysfawr o hyn ffenomen optegol na allai roi. Maent yn cael eu defnyddio'n llwyddiannus mewn gwyddoniaeth a bywyd bob dydd, ar y sail hon i adeiladu, nid yn unig y fformiwla, ond y broblem gyfan mewn ffiseg. Llunio penderfyniad terfynol ar gael yn unig o wyddonwyr modern sy'n crynhoi gweithgareddau ei ragflaenwyr. Felly, mae'r priodweddau tonnau cwantwm o oleuni a - o ganlyniad i nodweddion ei allyrwyr, atomau a'r hwn y mae electronau. Quantum (neu ffoton) yn cael ei ffurfio o ganlyniad i'r ffaith bod electron yn symud i ostwng lefel ynni, gan gynhyrchu'r corbys electromagnetig.

Y sylwadau optegol cyntaf

XIX столетии. Ymddangosodd y dybiaeth am bresenoldeb yr eiddo cwantwm o olau yn yr unfed ganrif XIX. Mae gwyddonwyr wedi darganfod ac yn ddiwyd ffenomenau megis diffreithiant, ymyrraeth a polareiddio. Gyda'u cymorth, y ddamcaniaeth tonnau electromagnetig o olau yn deillio. Roedd yn seiliedig ar cyflymiad y symudiad electronau yn ystod y osgiliadau y corff. O ganlyniad, rowndiau, ac yna donnau o olau yn ymddangos y tu ôl iddo. ddamcaniaeth yr awdur cyntaf ar y pwnc hwn wedi ffurfio Sais D. Rayleigh. Mae'n cael ei ystyried fel system o ymbelydredd tonnau cyfartal a pharhaol, ac mewn lle cyfyng. Yn ôl ei gasgliadau, gydag dylai gostyngiad yn eu tonfeddi allbwn yn cynyddu yn barhaus, ar ben hynny, ei angen i gael uwchfioled a phelydrau-x. Yn ymarferol, nid yw hyn i gyd wedi cael ei gadarnhau, ac fe gymerodd damcaniaethwr arall.

fformiwla Planck

XX века Макс Планк – физик немецкого происхождения – выдвинул интересную гипотезу. Ar ddechrau'r ganrif XX Maks Plank - ffisegydd Almaeneg-anedig - wedi cyflwyno damcaniaeth diddorol. Yn ôl ei, nid allyrru ac amsugno golau yn digwydd yn barhaus, fel y tybiwyd yn flaenorol, a dogn - quanta, neu fel y'u gelwir ffotonau. h , и он был равен 6,63·10 ^-34 Дж·с. gyson Planck yn ei gyflwyno - ffactor cymesuredd a gynrychiolir gan y llythyren h, ac roedd yn gyfartal i 6.63 × 10 ^-34 J · s. v – частота света. Er mwyn cyfrifo'r egni pob ffoton, roedd angen un gwerth yn fwy - v - pa mor aml y golau. gyson Planck luosi gan amlder, ac o ganlyniad yn cael y egni ffoton sengl. Ers gwyddonydd Almaenig yn gywir ac yn gywir a sicrhawyd mewn fformiwla syml, priodweddau cwantwm o olau, a oedd wedi cael ei ddarganfod yn flaenorol gan H. Hertz, ac a ddynodwyd fel yr effaith ffotodrydanol.

Mae darganfod yr effaith ffotodrydanol

Fel yr ydym wedi dweud, y gwyddonydd Genrih Gerts oedd y cyntaf a dynnodd sylw at y priodweddau cwantwm nezamechaemye golau gynharach. Yr effaith ffotodrydanol Darganfuwyd yn 1887 pan ymunodd yn wyddonydd goleuedig plât sinc a gwialen y electrometer. Yn yr achos lle mae'r plât i arwystl cadarnhaol, nid yw'r electrometer cael ei ryddhau. Os codir tâl negyddol yn cael ei ollwng, y ddyfais yn dechrau i gyflawni, cyn gynted ag y plât yn disgyn pelydr uwchfioled. Yn ystod y profiad ymarferol yr oedd yn profi y gall y plât yn agored i olau radiate taliadau trydanol negyddol, a gafodd yr enw priodol yn ddiweddarach - electronau.

Profiad Stoletova Ymarferol

arbrofion ymarferol gyda electronau cynnal ymchwilydd Rwsia Alexander Stoletov. Ar gyfer ei arbrofion defnyddiodd bwlb gwydr gwactod a dau electrodau. Roedd un electrod ei ddefnyddio ar gyfer trosglwyddo pŵer, a'r ail yn eu goleuo, ac yr oedd yn dwyn i polyn negyddol y batri. Yn ystod y llawdriniaeth hon, y cerrynt yn dechrau cynyddu cryfder, ond ar ôl ychydig daeth yn gyson ac yn gymesur yn uniongyrchol i'r ymbelydredd o olau. O ganlyniad, gwelwyd nad oedd yr egni cinetig o electronau yn ogystal â oedi'r foltedd yn dibynnu ar y pŵer o olau. Ond mae'r cynnydd yn amlder o olau achosi i dyfu ffigur hwn.

eiddo newydd cwantwm o olau: yr effaith ffotodrydanol a'i chyfreithiau

Yn ystod y gwaith o ddatblygu theori ac ymarfer Hertz yn Stoletov wedi ei dynnu'n ôl tri deddfau sylfaenol, sydd, fel y mae'n troi allan, mae'r ffotonau yn gweithredu:

Мощность светового излучения, которое падает на поверхность тела, прямо пропорциональна силе тока насыщения. 1. Power golau sy'n syrthio ar wyneb y corff mewn cyfrannedd union â chryfder y dirlawnder gyfredol.

Мощность светового излучения никак не влияет кинетическую энергию фотоэлектронов, а вот частота света является причиной линейного роста последней. 2. Nid yw golau Power yn effeithio ar egni cinetig y photoelectron, ond pa mor aml y goleuni yw achos twf llinellol diweddaraf.

Существует некая «красная граница фотоэффекта». 3. Mae rhyw fath o "ymyl coch ar yr effaith ffotodrydanol." Mae'r llinell waelod yw, os amlder yn llai na'r isafswm golau dangosydd amledd ar gyfer deunydd a roddir, mae'r effaith ffotodrydanol yn arsylwi.

ddwy ddamcaniaeth Anawsterau gwrthdrawiad

Ar ôl fformiwla sy'n deillio Max Planck, wynebu Gwyddoniaeth gyda cyfyng-gyngor. Ni allai tonnau sy'n deillio Yn flaenorol, ac eiddo cwantwm o olau, a oedd ar agor ychydig yn ddiweddarach, yn bodoli yn y fframwaith y cyfreithiau a dderbynnir yn gyffredinol o ffiseg. Yn unol â'r electromagnetig, dylai'r hen theori, yr holl electronau o'r corff, sy'n disgyn ar y golau yn dod i osgiliad gorfodi ar yr un amlder. Byddai hyn yn creu egni cinetig ddiddiwedd sy'n gwbl amhosibl. Ar ben hynny, ar gyfer y casgliad o y swm gofynnol o orffwys yn aros yr egni electron yn angenrheidiol i allu degau o munud, tra bod yr effaith ffotodrydanol, yn ymarferol, nid oes yr oedi lleiaf. Cododd dryswch pellach hefyd gan y ffaith nad oedd yr egni photoelectrons yn dibynnu ar y pŵer o olau. At hynny, nid gan yr ymyl goch ar yr effaith ffotodrydanol, ac nid ei gyfrifo yn gymesur â pha mor aml y electron egni cinetig o olau wedi cael ei agor. Ni allai'r hen ddamcaniaeth yn esbonio i'w weld yn glir i'r llygad o ffenomenau corfforol, ac nid yw'r newydd eto wedi gweithio allan yn llawn.

Rhesymoliaeth Alberta Eynshteyna

Dim ond yn 1905, y ffisegydd mawr Albert Einstein yn dangos yn ymarferol ac yn mynegi'n mewn theori, beth ydyw - gwir natur oleuni. Ac eiddo tonnau cwantwm, agored gan ddau gyferbyn â'i ddamcaniaethau eraill mewn rhannau cyfartal cynhenid i ffotonau. I gwblhau'r nid oedd y darlun yn unig yr egwyddor o discreteness, hy union leoliad ffotonau yn y gofod. Mae pob ffoton - gronyn y gellir ei amsugno neu ei allyrru yn ei gyfanrwydd. Electron "llyncu" ffoton mewnol yn cynyddu ei dâl ar werth yr egni ei amsugno gan y gronynnau. Ymhellach, y tu mewn i'r electron photocathode symud i ei wyneb, tra'n cynnal yn "dogn dwbl" o ynni, a oedd allbwn yn cael ei drawsnewid i mewn i egni cinetig. Yn y modd hwn yn syml, ac effaith ffotodrydanol yn cael ei wneud lle nad oes oedi wrth ymateb. Ar y diwedd yr electron yn cynhyrchu cwantwm ei hun, sy'n disgyn ar y wyneb y corff, sy'n ymestyn gyda hyd yn oed mwy o egni. Po fwyaf yw nifer y ffotonau a gynhyrchir - yr ymbelydredd yn fwy pwerus, yn y drefn honno, ac amrywiad y don golau tyfu.

Mae'r dyfeisiau symlaf, sy'n seiliedig ar yr egwyddor o effaith ffotodrydanol

Ar ôl y darganfyddiadau a wnaed gan wyddonwyr yr Almaen ar ddechrau'r ugeinfed ganrif, mae'r cais yn mynd i mewn i'r eiddo cwantwm olau ar gyfer gweithgynhyrchu dyfeisiau amrywiol. Dyfeisiadau, y mae eu llawdriniaeth yn yr effaith ffotodrydanol, a elwir yn gelloedd solar, cynrychiolydd symlaf ohonynt - y gwactod. Ymhlith y gellir ei anfanteision yn cael eu galw dargludedd cyfredol gwan, sensitifrwydd isel i ymbelydredd tonfedd hir, a dyna pam na ellir ei defnyddio mewn cylchedau AC. Mae'r ddyfais gwactod yn cael ei defnyddio'n eang mewn photometry, maent yn mesur cryfder disgleirdeb ac ansawdd ysgafn. Mae hefyd yn chwarae rhan bwysig yn y fototelefonah ac yn ystod chwarae sain.

celloedd ffotofoltäig â swyddogaethau dargludiad

Roedd yn dipyn o fath gwahanol o ddyfeisiau, sy'n seiliedig ar yr eiddo cwantwm golau. Eu pwrpas - i newid y dwysedd cludwr. Mae'r ffenomenon a elwir yn effaith ffotodrydanol mewnol weithiau, ac mae'n sail i photoconductors weithredu. Mae'r rhain yn lled-ddargludyddion yn chwarae rhan bwysig iawn yn ein bywydau bob dydd. Am y tro cyntaf eu bod yn dechrau defnyddio'r ceir retro. Yna maent yn darparu gweithrediad electroneg a batri. Yng nghanol yr ugeinfed ganrif dechreuodd wneud cais celloedd solar o'r fath ar gyfer adeiladu gofod. Hyd yn hyn, oherwydd yr effaith ffotodrydanol mewnol yn gweithredu giatiau tro yn yr isffordd, cyfrifianellau cludadwy a phaneli solar.

adweithiau ffotocemegol

Light, mae natur a dim ond gwyddoniaeth sydd ar gael yn rhannol yn yr ugeinfed ganrif oedd, mewn gwirionedd, mae'n effeithio ar y prosesau cemegol a biolegol. O dan ddylanwad llif yn dechrau proses datgysylltiad moleciwlaidd cwantwm a'u uno â atomau. Mewn gwyddoniaeth, mae hyn yn cael ei adnabod fel photochemistry, ac yn natur un o'i amlygiadau yw ffotosynthesis. Mae'n oherwydd prosesau tonnau ngoleuni allyrru sylweddau penodol a gynhyrchir gan gelloedd i mewn i'r gofod allgellog, lle mae'r planhigyn yn dod yn wyrdd.

Effeithio ar y priodweddau cwantwm o olau a gweledigaeth dynol. Cael ar y retina, ffoton yn sbarduno y broses o bydru o foleciwlau protein. Mae'r wybodaeth hon yn cael ei gludo gan niwronau yn yr ymennydd, ac ar ôl triniaeth, gallwn ni i gyd yn gweld y goleuni. moleciwl protein gwyn tan nos yn cael ei adfer a gweledigaeth yn cael ei letya i'r amodau newydd.

canlyniadau

Rydym yn dod o hyd yn y cwrs yr erthygl hon, sydd yn bennaf priodweddau cwantwm o olau yn cael eu dangos yn ffenomen a elwir yn effaith ffotodrydanol. Mae gan bob ffoton ei arwystl a màs, ac wrth wynebu electron yn disgyn i mewn iddo. Quantum a dod yn un electron, ac mae eu ynni cyfun yn cael ei drawsnewid yn egni cinetig, sydd, yn fanwl gywir, yn angenrheidiol ar gyfer rhoi'r effaith ffotodrydanol ar waith. Efallai y bydd y oscillation tonnau a gynhyrchir felly yn cynyddu'r egni ffoton, ond dim ond i fesur penodol.

effaith ffotodrydanol heddiw yn rhan hanfodol o'r rhan fwyaf o fathau o offer. Ar ei sail yr adeilad llongau gofod a lloerennau, datblygu celloedd solar yn cael eu defnyddio fel ffynhonnell ynni ategol. Yn ogystal, mae'r tonnau golau yn cael effaith fawr ar y prosesau cemegol a biolegol ar y Ddaear. Mae'r gost o olau haul cyffredin y planhigion yn wyrdd, atmosffer y ddaear wedi ei beintio palet llawn o sidan glas, ac yr ydym yn gweld y byd fel ag y mae.