فیزیک کوانتوم: خواص کوانتومی نور

آیا تا به حال در مورد آنچه به منزله در واقع بسیاری از پدیده های نوری فکر کرده اید؟ به عنوان مثال، اثر فوتوالکتریک، امواج گرما، فرآیندهای فتوشیمیایی و مانند آن - تمام خواص کوانتومی نور. اگر آنها کشف نشده بود، دانشمندان آثار را نداشته اند از نقطه مرده نقل مکان کرد، در واقع، و همچنین پیشرفت های علمی و فنی. مطالعه بخش خود اپتیک کوانتومی، که به طور جدایی ناپذیری با همان شاخه از فیزیک مرتبط است.

خواص کوانتومی نور: یک تعریف

تا همین اواخر، تفسیر روشن و جامع از این پدیده های نوری نمی تواند بدهد. آنها با موفقیت در علم و زندگی روزمره استفاده می شود، بر این اساس برای ساخت نه تنها فرمول اما در کل مشکل در فیزیک. تدوین و فرموله کردن تصمیم نهایی تنها از دانشمندان مدرن که خلاصه تا فعالیت های از پیشینیان خود به دست آورد. بنابراین خواص موج کوانتومی نور و - یک نتیجه از ویژگی های رادیو اکتیو آن، اتم ان الکترون هستند. کوانتومی (یا فوتون) است با توجه به این واقعیت است که یک الکترون حرکت می کند به کاهش سطح انرژی، در نتیجه تولید پالس الکترو مغناطیسی تشکیل شده است.

اولین مشاهدات نوری

XIX столетии. فرض در مورد حضور خواص کوانتومی نور در قرن نوزدهم ظاهر شد. دانشمندان کشف کرده اند و با پشتکار پدیده هایی مانند پراش، تداخل و قطبش است. با کمک آنها، نظریه موج الکترومغناطیسی نور مشتق شده بود. آن را بر روی شتاب حرکت الکترون ها در طول نوسانات از بدن بود. به عنوان یک نتیجه، گرم شده، به دنبال امواج نور پشت سر او ظاهر شد. فرضیه نویسنده اول در مورد این مطلب انگلیسی D. ریلی تشکیل شده است. او به عنوان یک سیستم از تابش امواج برابر و دائمی در نظر گرفته، و در یک فضای محدود. با توجه به نتیجه گیری خود را، با کاهش در طول موج های خروجی خود را باید به طور مداوم افزایش می دهد، علاوه بر این، نیاز به اشعه ماوراء بنفش و اشعه ایکس. در عمل، همه این تایید شده است نیست، و آن را در زمان نظریه پرداز دیگری.

فرمول پلانک

XX века Макс Планк – физик немецкого происхождения – выдвинул интересную гипотезу. در آغاز قرن XX و Maks تابلوهای - یک فیزیکدان متولد آلمان - به جلو جالب توجه این فرضیه. به گفته او، انتشار و جذب نور می کند به طور مداوم رخ نمی دهد، همانطور که قبلا تصور، و بخش - کوانتوم، یا به عنوان آنها فوتون نامیده می شود. h , и он был равен 6,63·10 ^-34 Дж·с. ثابت پلانک معرفی شد - عامل تناسب ارائه شده توسط این نامه ساعت، و آن را به 6.63 × 10 ^-34 J · بازدید کنندگان برابر بود. v – частота света. به منظور محاسبه انرژی هر فوتون، مورد نیاز یک مقدار بیشتر - V - فرکانس نور است. ثابت پلانک ضرب در فرکانس، و در نتیجه انرژی یک فوتون به دست آمده. از آنجا که دانشمند آلمانی دقت و به درستی در یک فرمول ساده، خواص کوانتومی نور، که قبلا توسط H. هرتز پیدا شده است امن، و آن را به عنوان اثر فوتوالکتریک تعیین شده است.

کشف اثر فوتوالکتریک

همانطور که ما گفته، دانشمند Genrih Gerts اولین کسی بود که با توجه به خواص کوانتومی nezamechaemye نور زودتر به خود جلب کرد. اثر فوتوالکتریک در 1887 کشف شد که یک دانشمند پیوست روشن یک بشقاب روی و یک میله از الکترومتر. در حالتی که صفحه می آید به یک بار مثبت است، الکترومتر خالی منی شود. اگر یک بار منفی ساطع می شود، دستگاه شروع به تخلیه، به زودی به عنوان صفحه می افتد اشعه ماوراء بنفش. در طول این دست در تجربه ثابت شد که بشقاب است در معرض نور می توانید بارهای الکتریکی منفی، که بعدها نام مناسب دریافت تابش - الکترون.

Stoletova تجربه عملی

آزمایش های عملی با الکترون انجام محقق روسی الکساندر Stoletov. برای آزمایشات خود را او با استفاده از یک حباب شیشه ای خلاء و دو الکترود. یک الکترود برای انتقال قدرت مورد استفاده قرار گرفت، و دوم روشن شد، و آن را به قطب منفی باتری به ارمغان آورد. در این عملیات، در حال حاضر شروع به افزایش قدرت، اما پس از مدتی آن را به یک ثابت و به طور مستقیم به تابش نور متناسب شد. در نتیجه، مشخص شد که انرژی جنبشی الکترون ها و همچنین به تأخیر انداختن ولتاژ بر روی قدرت نور بستگی ندارد. اما افزایش فرکانس نور باعث به رشد این رقم.

خواص جدید کوانتومی نور: اثر فوتوالکتریک و قوانین آن

در طول توسعه هرتز تئوری و عمل Stoletov سه قانون اساسی، که، همانطور که معلوم شد، این فوتون ها هستند فعال خارج شده بود:

Мощность светового излучения, которое падает на поверхность тела, прямо пропорциональна силе тока насыщения. 1. نور قدرت که می افتد بر روی سطح بدن به طور مستقیم به قدرت جریان اشباع متناسب است.

Мощность светового излучения никак не влияет кинетическую энергию фотоэлектронов, а вот частота света является причиной линейного роста последней. 2. نور قدرت می کند انرژی جنبشی فوتوالکترون تاثیر نمی گذارد، اما فرکانس نور علت شدن رشد خطی است.

Существует некая «красная граница фотоэффекта». 3. یک نوع وجود دارد "لبه قرمز از اثر فوتوالکتریک." خط پایین این است که اگر فرکانس کمتر از حداقل چراغ نشانگر فرکانس برای مواد داده شده است، اثر فوتوالکتریک مشاهده می شود.

دو نظریه مشکلات برخورد

پس از فرمول مشتق ماکس پلانک، علوم با یک معضل مواجه. موج پیش مشتق شده است، و خواص کوانتومی نور، که کمی بعد باز بود، نمی تواند در چارچوب قوانین به طور کلی پذیرفته فیزیک وجود داشته باشد. با توجه به الکترومغناطیسی، نظریه قدیمی، همه الکترونها از بدن، که می افتد در نور باید به نوسان مجبور در فرکانس مشابه است. این امر انرژی جنبشی بی نهایت است که کاملا غیر ممکن را تولید کند. علاوه بر این، برای جمع آوری مقدار مورد نیاز از سایرین به انرژی الکترون باقی می ماند لازم قادر به ده دقیقه است، در حالی که اثر فوتوالکتریک، در عمل، کوچکترین تاخیر وجود ندارد. سردرگمی بیشتر نیز از این واقعیت است که انرژی فوتوالکترون بر روی قدرت نور بستگی ندارد به وجود آمد. علاوه بر این، دارای لبه های قرمز اثر فوتوالکتریک نیست، و شد به فرکانس الکترون انرژی جنبشی نور باز شده است محاسبه متناسب نیست. تئوری قدیمی نمی تواند به چشم از پدیده های فیزیکی را توضیح دهد به وضوح قابل مشاهده و جدید هنوز به طور کامل کار می کرد.

عقلگرایی آلبرتا Eynshteyna

فقط در سال 1905، فیزیکدان بزرگ آلبرت اینشتین در عمل نشان داد و بیان در تئوری، آنچه در آن است - طبیعت واقعی از نور است. و خواص موج کوانتومی، باز توسط دو مقابل هر یک از فرضیه های دیگر در قسمت مساوی ذاتی به فوتون. برای تکمیل این تصویر فاقد تنها اصل discreteness، یعنی محل دقیق فوتون در فضا. هر فوتون - یک ذره که می تواند جذب یا ساطع شده به عنوان یک کل. الکترون "بلع« فوتون به سمت داخل شارژ خود را بر ارزش انرژی جذب شده توسط ذرات افزایش می دهد. علاوه بر این، در داخل الکترون فوتوکاتد حرکت می کند به سطح آن، در حالی که حفظ "دوز دو" از انرژی، که خروجی به انرژی جنبشی تبدیل شده است. در این روش ساده، و اثر فوتوالکتریک است که در آن هیچ واکنش تاخیر انجام شده است. در پایان از الکترون یک کوانتومی خود را، که می افتد در سطح بدن، تابش با انرژی و حتی بیشتر. هرچه تعداد فوتون تولید - تابش قوی تر، به ترتیب، و نوسانات موج نور رشد می کند.

ساده ترین دستگاه های، که در اصل اثر فوتوالکتریک بر اساس

پس از اکتشافات دانشمندان آلمانی در آغاز قرن بیستم ساخته شده است، نرم افزار می شود به خواص کوانتومی نور را برای تولید دستگاه های مختلف. اختراع، که عملیات اثر فوتوالکتریک است، به نام سلول های خورشیدی، ساده ترین نماینده از که - خلاء. در میان معایب آن می توان به نام هدایت جریان ضعیف، حساسیت کم نسبت به تابش موج بلند است که چرا آن را می توانید در مدارات AC استفاده شود. این دستگاه به طور گسترده ای خلاء در نورسنجی استفاده می شود، آنها قدرت روشنایی و کیفیت نور اندازه گیری کند. او همچنین نقش مهمی در fototelefonah و در حین پخش صوتی بازی می کند.

سلول های فتوولتائیک با توابع انتقال

این کاملا یک نوع متفاوت از دستگاه های، که بر روی خواص کوانتومی نور بر اساس بود. هدف آنها - برای تغییر چگالی حامل. این پدیده گاهی اوقات در اثر فوتوالکتریک داخلی نامیده می شود، و آن را اساس نوررسانها عملیات است. این نیمه هادی ها در حال بازی نقش بسیار مهمی در زندگی روزانه ما است. برای اولین بار شروع به استفاده از اتومبیل یکپارچهسازی با سیستمعامل. سپس آنها ارائه دستگاههای الکترونیکی و باتری عملیات. در اواسط قرن بیستم شروع به اعمال چنین سلول های خورشیدی برای ساخت و ساز سفینه های فضایی. تا به حال، با توجه به اثر فوتوالکتریک داخلی کار گردان در مترو، ماشین حساب قابل حمل و پانل های خورشیدی.

واکنش های فتوشیمیایی

نور، طبیعت که تنها علم تا حدی موجود در قرن بیستم بود، در واقع، آن را مواد شیمیایی و فرآیندهای بیولوژیکی تاثیر می گذارد. تحت تاثیر جریان شروع می شود کوانتومی فرآیند تفکیک مولکولی و ادغام خود را با اتم. در علم، این است که به عنوان نور شیمی شناخته شده است، و در ماهیت یکی از مظاهر آن فتوسنتز است. این است با توجه به امواج فرآیندهای نور انتشار مواد خاص توسط سلول های تولید به فضای خارج سلولی، به موجب آن گیاه سبز می شود.

اثر گذاشتن بر خواص کوانتومی نور و دید انسان. گرفتن بر روی شبکیه، یک فوتون باعث فرایند تجزیه مولکول پروتئین است. این اطلاعات توسط نورونها در مغز منتقل و پس از درمان، ما می توانیم تمام نور را ببینید. مولکول پروتئین شب هنگام بازیابی میشود و بینایی است که به شرایط جدید جایگزین شده است.

نتایج

ما در این دوره از این مقاله، که به طور عمده خواص کوانتومی نور در پدیده ای به نام اثر فوتوالکتریک نشان داده شده است. هر فوتون دارای بار و جرم آن، و هنگامی که با یک الکترون روبرو می افتد به آن است. کوانتوم و الکترون تبدیل شدن به یکی، و انرژی خود را در ترکیب به انرژی جنبشی، که، به بیان دقیق، لازم برای اجرای اثر فوتوالکتریک تبدیل شده است. نوسان موج در نتیجه تولید ممکن است انرژی فوتون افزایش می دهد، اما تنها به یک اقدام خاص است.

اثر فوتوالکتریک امروز یک جزء اساسی از بسیاری از انواع تجهیزات است. بر اساس آن ساختمان کشتی های فضایی و ماهواره ها، توسعه سلول های خورشیدی به عنوان یک منبع انرژی کمکی استفاده می شود. علاوه بر این، امواج نور که تأثیر زیادی در فرآیندهای شیمیایی و بیولوژیکی بر روی زمین. هزینه نور خورشید عادی گیاهان سبز هستند، جو زمین است رنگ پالت پر از آبی، و ما جهان را به عنوان آن است.