Valul și cuantice proprietăți ale luminii

Planck și cuantică

La sfârșitul secolului XIX - începutul secolului XX, comunitatea științifică a crezut că în fizică înțeleg totul. Cele mai avansate cunoștințe în acel moment erau ecuațiile lui Maxwell și studiul diferitelor fenomene asociate cu energie electrică. Tinerii care au dorit să studieze știința, nu este recomandat să meargă în fizică: pentru că ar putea exista doar o investigație de rutină, care nu a furnizat nici o descoperiri. Cu toate acestea, în mod ironic, acesta este studiul proprietatilor a fost mult timp un fenomen familiar deschis calea spre noi orizonturi de cunoaștere.

Valul și cuantice proprietăți ale luminii a început cu deschiderea Max Planck. A studiat spectrul și corpuluinegru încercat să găsească cea mai potrivită descriere matematică a radiațiilor sale. În final, am ajuns la concluzia că, în ecuația trebuie să introduceți o valoare minimă indivizibile, pe care el a numit „cuantum de acțiune“. Și, din moment ce era singura modalitate de a „colțuri tăiate“ pentru o formulă matematică simplă, nu a atașa la această valoare nici un sens fizic. Cu toate acestea, alți oameni de știință, cum ar fi Albert Einstein și Schrodinger, reperat potențialul de fenomene, cum ar fi cuantumul, și având în vedere dezvoltarea unui nou domeniu al fizicii.

Trebuie să spun că Planck însuși până la sfârșitul anului și nu au crezut în natura fundamentală a descoperirii sale. Om de știință, încercând să respingă proprietățile cuantice ale luminii rescrierea pe scurt formula sa, pentru a sufla în diferite trucuri matematice pentru a scăpa de o asemenea magnitudine. Dar nu a funcționat: geniul este deja din sticla.

Lumina - cuantică a câmpului electromagnetic

După descoperirea lui Planck deja un fapt cunoscut că lumina are proprietăți de undă, completate de o alta: un foton - o cuantică a câmpurilor electromagnetice. Aceasta este, lumina este compusă din foarte mic pachet de energie indivizibilă. Fiecare dintre aceste pachete (fotoni) caracterizate prin frecventa, lungimea de undă și energie, toate aceste cantități sunt legate. Viteza de propagare a luminii în vid, pentru maxim universul cunoscut și este de aproximativ trei sute de secundă de km pe.

Trebuie remarcat faptul că cuantificați (adică, se rup în cea mai mică parte indivizibilă) și celelalte mărimi:

câmp gluoni;
câmpul gravitațional;
atomi de mișcare cristal colective.

Quant: Spre deosebire de electroni

Nu cred că în fiecare domeniu al formei există o anumită valoare mai mică, numită cuante în scara electromagnetică sunt valurile sunt foarte mici și de înaltă energie (de exemplu, raze X), și foarte mare, dar este (de exemplu, undele radio „slab“ ). Doar un singur foton călătorește în spațiu ca un întreg. Fotonii, trebuie remarcat, poate pierde o parte din energia sa în interacțiunea cu bariere insurmontabile potențiale. Acest fenomen se numește „tunelare“.

Interacțiunea dintre lumină și materie

După o astfel de deschidere luminos improscat cu întrebări:

Ce se întâmplă cu un cuantum de lumină atunci când interacționează cu materia?
De unde energia transportată de către un foton atunci cand intra in coliziune cu o moleculă?
De ce poate fi absorbită de o lungime de undă și emite un alt?

Principalul lucru care a fost dovedit fenomen presiune ușoară. Acest fapt a dat un nou motiv de gândire: aceasta înseamnă că fotonii au impuls și masă. A primit după această dualitate undă-particulă de microparticule facilitează în mare măsură de înțelegere a ceea ce se întâmplă în această lume de nebunie: rezultatele nu se încadrează în nici o logică a existat înainte.

de transmisie a puterii

Studii suplimentare au confirmat doar proprietatile cuantice ale luminii. Efectul fotoelectric arată modul în care energia fotonica transmisă substanței. Împreună cu reflexia și absorbția de iluminat poate smulge electroni din suprafața corpului. Cum se întâmplă acest lucru? Photon transferă energia electronului, el devine mai mobil și obține capacitatea de a depăși forța din cauza nucleii materialului. Electron părăsește elementul său natal și papură undeva în afara mediului obișnuit.

Forme ale efectului fotoelectric

Confirmând proprietățile cuantice ale efectului fotoelectric al luminii are diferite tipuri, în funcție de modul în care aceasta este cu un foton cu care se confruntă solid. Dacă el se confruntă cu conductorul, electronul părăsește substanța, așa cum a fost descrisă mai sus. Aceasta este esența efectului fotoelectric extern.

Dar dacă semiconductoare sau izolator iluminate, electronii nu părăsesc limitele corpului, dar este redistribuit prin facilitarea mișcării purtătorilor de sarcină. Astfel, efectul îmbunătățirea conductivității asupra iluminării numit efectul fotoelectric intern.

Formula PhotoEffect extern

Destul de ciudat, dar efectul fotoelectric intern este foarte greu de înțeles. Trebuie să știi teoria banda de câmpuri pentru a înțelege tranzițiile prin zona interzisă și să înțeleagă esența conductivității de electroni-gaura de semiconductori, în scopul de a realiza pe deplin importanța acestui fenomen. În plus, efectul fotoelectric intern nu este adesea folosit în practică. Confirmând proprietățile cuantice ale stratului limită PhotoEffect exterior formulă de lumină de la care lumina este capabil de a trage electroni.

unde h - constanta lui Planck, ν - cuantice a luminii de o anumită lungime de undă, A - operație care se realizează de electron pentru a părăsi substanța, W - energia cinetică (și deci viteza), cu care este emisă.

Astfel, în cazul în care toată energia unui foton este cheltuit numai pe electronul din corp, pe suprafata va avea zero, energia cinetică și, de fapt, nu va fi în măsură să scape. Astfel, efectul fotoelectric intern apare într-o substanță iluminată cuvânt exterior suficient de subțire. Acest lucru limitează foarte mult utilizarea acestuia.

Există posibilitatea ca computerul cuantic optic va folosi în continuare efectul fotoelectric intern, dar o astfel de tehnologie nu este încă acolo.

PhotoEffect externe Legi

În același timp, nu complet inutile proprietățile cuantice ale luminii: efectul fotoelectric și legile sale permit crearea unei surse de electroni. În ciuda faptului că aceste legi au fost formulate pe deplin Einstein (pentru care a primit Premiul Nobel), au existat diferite condiții cu mult înainte de secolul XX. aspectul actual al electrolitului atunci când lumina a fost observată pentru prima dată la începutul secolului al XlX-lea, în 1839.

Există trei legi:

Rezistența saturarea fotocurentului este proporțională cu intensitatea luminii.
Energia cinetică maximă a electronilor care părăsesc materialul sub influența de fotoni depinde de frecvența (și, prin urmare, energia) a radiației incidente, dar nu depinde de intensitatea.
Fiecare substanță cu același tip de suprafață (netedă, convex, dur, poros) are un PhotoEffect chenar roșu. Adică, există cea mai mică energie (și, prin urmare, frecventa) fotoni, care separă în continuare electronii de la suprafață.

Toate aceste legi sunt logice, dar ele trebuie luate în considerare mai multe detalii.

Explicația efectului fotoelectric legilor

Prima lege este urmatoarea: cei mai mulți fotoni care se încadrează pe un metru pătrat de suprafață pe secundă, mai mulți electroni că lumina este în măsură să „ia“ din materialul iluminat.

Un exemplu este de baschet: mai des jucător aruncă mingea, cu atât mai mult el va primi. Desigur, în cazul în care un jucător este destul de bun și nu rănit în timpul meciului.

A doua lege de fapt dă răspunsul în frecvență a electronilor emiși. Frecvența și lungimea de undă a energiei fotonice pentru a defini. În spectrul vizibil are cea mai mică lumină roșie de energie. Și cât de mulți fotoni roșii sau trimite lumina pe fond, ei sunt capabili de a transfera electroni numai consum redus de energie. În consecință, chiar dacă au fost luate de la suprafață și aproape că nu a face funcția de munca, energia lor cinetică nu poate fi peste un anumit prag. Dar dacă vom acoperi aceleași raze de substanță violet, viteza de cel mai rapid electronii vor fi mult mai mare, chiar dacă razele ultraviolete este foarte mic.

A treia lege are două componente - de frontieră roșu și starea suprafeței. Pe metal lustruit sau dur, există nici un porilor, sau este neted depinde de mulți factori: cât de mulți fotoni vor fi reflectate în care acestea sunt redistribuite la suprafață (este evident că în groapa devine mai puțină lumină). Deci, vom compara diferite substanțe pot avea numai aceeași stare de suprafață. Și aici este energia fotonului, care este încă capabil de a trage electronii din substanța depinde de tipul de substanță. În cazul în care miezul nu este atrage foarte mult purtătorilor de sarcină, iar energia fotonica poate fi mai mic, și, prin urmare, de frontieră mai adânc roșu. Și în cazul în care materialul de miez ține electronii lor bine și nu sunt dispuși să parte cu ei atât de ușor, atunci schimbările de margine roșie la partea verde.