A física quântica: as propriedades quânticas da luz

Você já pensou sobre o que constitui de facto, muitos fenômenos de luz? Por exemplo, ter o efeito fotoelétrico, ondas de calor, processos fotoquímicos e similares – todas as propriedades quânticas da luz. Se eles não tivessem sido descobertos, os cientistas obras não teria movido a partir do ponto morto, na verdade, bem como o progresso científico e técnico. Estudar sua seção de óptica quântica, que está intimamente ligado com o mesmo ramo da física.

propriedades quânticas de luz: uma definição

Até recentemente, a interpretação clara e abrangente deste fenômeno óptico não poderia dar. Eles são usados com sucesso na ciência e na vida cotidiana, sobre esta base para construir não só a fórmula, mas todo o problema em física. Formular uma determinação final ser obtidos apenas a partir cientistas modernos que resumiu as atividades de seus antecessores. Assim, as propriedades de onda do quantum de luz e – uma consequência das características dos seus emissores, átomos wherewith são electrões. Quantum (ou de fotões) é formada devido ao fato de que um electrão desloca-se para diminuir o nível de energia, gerando os impulsos electro-magnética.

As primeiras observações ópticas

XIX столетии. A hipótese sobre a presença das propriedades do quantum de luz apareceu no século XIX. Os cientistas descobriram e diligentemente fenômenos como a difração, interferência e polarização. Com sua ajuda, a teoria da luz onda eletromagnética foi derivado. Foi com base na aceleração do movimento de electrões durante a oscilação do corpo. Como resultado, aquece, seguido por ondas de luz apareceu atrás dele. hipótese do primeiro autor sobre este assunto formou o inglês D. Rayleigh. Ele é considerado como um sistema de radiação ondas iguais e permanentes, e em um espaço confinado. De acordo com as suas conclusões, com uma redução nos seus comprimentos de onda de saída deve aumentar continuamente, além disso, necessário ter ultravioleta e de raios-x. Na prática, tudo isso não foi confirmado, e levou outro teórico.

A fórmula de Planck

XX века Макс Планк – физик немецкого происхождения – выдвинул интересную гипотезу. No início do Maks Plank século XX – um físico nascido na Alemanha – apresentou uma hipótese interessante. Segundo ela, a emissão e absorção da luz não ocorre de forma contínua, como se pensava anteriormente, e porções – quanta, ou como são chamados fótons. h , и он был равен 6,63·10 ^-34 Дж·с. constante de Planck foi introduzido – factor de proporcionalidade representado pela letra h, e foi igual a 6,63 × 10 ^-34 J · s. v – частота света. Para calcular a energia de cada fóton, precisava de mais um valor – v – a frequência da luz. constante de Planck multiplicada pela frequência, e como um resultado obtido a energia de um único fotão. Desde cientista alemão com precisão e correctamente fixada em uma fórmula simples, as propriedades do quantum de luz, que anteriormente tinha sido encontrado por H. Hertz, e designou como o efeito fotoeléctrico.

A descoberta do efeito fotoeléctrico

Como já dissemos, o cientista Genrih GERTS foi o primeiro que chamou a atenção para as propriedades quânticas de nezamechaemye luz mais cedo. O efeito fotoeléctrico foi descoberto em 1887, quando um cientista juntou iluminado uma placa de zinco e uma haste do electrómetro. No caso onde a placa trata de uma carga positiva, o electrómetro não é descarregada. Se uma carga negativa é emitida, o dispositivo começa a descarregar, assim que a placa cai raio ultravioleta. Durante este hands-on experiência provou-se que a placa é exposta à luz pode irradiar cargas elétricas negativas, que mais tarde recebeu o nome apropriado – elétrons.

Experiência prática Stoletova

experiências práticas com elétrons conduzidos pesquisador russo Alexander Stoletov. Para as suas experiências usou uma lâmpada de vidro de vácuo e dois eléctrodos. Um eletrodo foi usada para transmissão de energia, eo segundo foi iluminada, e foi trazido para o pólo negativo da bateria. Durante esta operação, a corrente começa a aumentar a força, mas depois de um tempo tornou-se uma constante e directamente proporcional à radiação de luz. Como resultado, verificou-se que a energia cinética dos elétrons, bem como retardar a tensão não dependem do poder da luz. Mas o aumento da frequência da luz faz crescer esse número.

Novas propriedades quânticas da luz: o efeito fotoelétrico e suas leis

Durante o desenvolvimento da Hertz teoria e prática Stoletov havia sido retirado três leis básicas, que, como se viu, os fótons estão funcionando:

Мощность светового излучения, которое падает на поверхность тела, прямо пропорциональна силе тока насыщения. 1. Luz de energia que cai na superfície do corpo é diretamente proporcional à força da corrente de saturação.

Мощность светового излучения никак не влияет кинетическую энергию фотоэлектронов, а вот частота света является причиной линейного роста последней. 2. Luz de alimentação não afeta a energia cinética do fotoeletrônica, mas a freqüência da luz é a causa da mais recente crescimento linear.

Существует некая «красная граница фотоэффекта». 3. Há uma espécie de "borda vermelha do efeito fotoelétrico." O resultado final é que, se a frequência é menor do que o mínimo de luz indicador de frequência para um dado material, o efeito é observado fotoeléctrica.

duas teorias Dificuldades de colisão

Depois de fórmula derivado Max Planck, Science confrontados com um dilema. onda anteriormente derivada, e as propriedades quânticas da luz, que foram abertos um pouco mais tarde, não poderia existir no âmbito das leis geralmente aceitos da física. De acordo com a eletromagnética, a velha teoria, todos os elétrons do corpo, que recai sobre a luz deve entrar em oscilações forçadas na mesma freqüência. Isso geraria uma energia cinética infinito que é completamente impossível. Além disso, para a acumulação da quantidade necessária de resto ficaria a energia electrónica é necessário ser capaz de dezenas de minutos, enquanto que o efeito fotoelétrico, na prática, não há a menor demora. Além disso confusão surgiu também do fato de que a energia de fotoelétrons não depende do poder da luz. Além disso, não tem a vantagem vermelho do efeito fotoeléctrico, e não foi calculada proporcional à frequência da energia cinética de electrões de luz tenha sido aberta. A velha teoria não poderia explicar claramente visível a olho de fenômenos físicos, eo novo ainda não foi totalmente trabalhado.

Racionalismo Alberta Eynshteyna

Apenas em 1905, o grande físico Albert Einstein mostrou, na prática e articulada, em teoria, o que é – a verdadeira natureza da luz. E propriedades de onda quântica, abertas por duas frente um do outro em partes iguais hipóteses inerentes aos fotões. Para completar o quadro faltava apenas o princípio da singularidade, ou seja, a localização exata de fótons no espaço. Cada fotão – uma partícula que pode ser absorvido ou emitido como um todo. Electron "engolir" photon interior aumenta sua carga sobre o valor da energia absorvida pelas partículas. Além disso, no interior do electrão fotocátodo move-se para a sua superfície, enquanto se mantém uma "dose dupla" de energia, a qual saída é transformada em energia cinética. Desta forma simples, e efeito fotoeléctrico é levada a cabo em que nenhuma reacção retardada. No final do elétron produz um quantum em si, que cai sobre a superfície do corpo, irradiando com ainda mais energia. Quanto maior for o número de fótons produzidos – o mais potente radiação, respectivamente, e a flutuação da onda de luz cresce.

Os dispositivos mais simples, que são baseados no princípio do efeito fotoelétrico

Após as descobertas feitas por cientistas alemães no início do século XX, a aplicação fica nas propriedades quânticas da luz para a fabricação de vários dispositivos. As invenções, cujo funcionamento é o efeito fotoeléctrico, chamadas de células solares, o representante mais simples de que – o vácuo. Entre as suas desvantagens pode ser chamado de condutividade corrente fraca, baixa sensibilidade à radiação de onda longa, que é por isso que ele não pode ser utilizado em circuitos de corrente alternada. O dispositivo de vácuo é amplamente usado em fotometria, que medem a intensidade do brilho e a qualidade da luz. Ele também desempenha um papel importante na fototelefonah e durante a reprodução de áudio.

As células fotovoltaicas com funções de condução

Foi um tipo diferente de dispositivos, os quais são baseados nas propriedades do quantum de luz. Sua finalidade – para alterar a densidade de portadores. Este fenômeno é chamado às vezes o efeito fotoelétrico interno, e é a base de fotocondutores de operação. Estes semicondutores estão desempenhando um papel muito importante em nossas vidas diárias. Pela primeira vez, eles começaram a usar os carros retro. Em seguida, eles fornecem a operação eletrônica e bateria. No meio do século XX começou a aplicar tais células solares para a construção de naves espaciais. Até agora, devido ao efeito fotoelétrico interno operar as catracas no metrô, calculadoras portáteis e painéis solares.

reações fotoquímicas

Luz, cuja natureza era apenas a ciência parcialmente disponível no século XX, de fato, ela afeta a processos químicos e biológicos. Sob a influência do fluxo começa quântico processo de dissociação molecular e a sua fusão com os átomos. Na ciência, isso é conhecido como fotoquímica, e na natureza de uma de suas manifestações é a fotossíntese. É devido a ondas processos de luz de emissão de certas substâncias produzidas pelas células para o espaço extracelular, pelo que a planta torna-se verde.

Afetam as propriedades quânticas da luz e da visão humana. Ficando sobre a retina, um fotão desencadeia o processo de decomposição de moléculas de proteína. Esta informação é transportada por neurônios no cérebro, e após o tratamento, todos nós podemos ver a luz. molécula de proteína anoitecer é restaurado e a visão é acomodado às novas condições.

resultados

Nós descobrimos no decorrer deste artigo, que é principalmente as propriedades quânticas da luz são mostrados em um fenômeno chamado efeito fotoelétrico. Cada fóton tem a sua carga e massa, e quando confrontado com um elétron cai nele. Quantum e eletrônica se tornar um, e sua energia combinada é convertida em energia cinética, que, estritamente falando, necessárias para a execução do efeito fotoelétrico. A oscilação de onda assim produzido pode aumentar a energia de fotões, mas apenas para uma determinada medida.

efeito fotoelétrico, hoje, é um componente essencial da maioria dos tipos de equipamento. Em sua base os espaço navios e satélites de construção, desenvolver células solares são usados como uma fonte de energia auxiliar. Além disso, as ondas de luz têm um grande impacto sobre os processos químicos e biológicos na Terra. A despesa da luz solar ordinária as plantas são verdes, a atmosfera da Terra é pintado paleta completa de azul, e vemos o mundo como ele é.