La física cuántica: las propiedades cuánticas de la luz

¿Alguna vez has pensado en lo que constituye de hecho, muchos fenómenos de luz? Por ejemplo, tomemos el efecto fotoeléctrico, las olas de calor, procesos fotoquímicos y similares – todas las propiedades cuánticas de la luz. Si no hubieran sido descubiertos, los científicos obras no se han movido desde el punto muerto, de hecho, así como el progreso científico y técnico. Estudiar su sección de la óptica cuántica, que está indisolublemente unida a la misma rama de la física.

Las propiedades cuánticas de la luz: una definición

Hasta hace poco, la interpretación clara y completa de este fenómeno óptico no podía dar. Se utilizan con éxito en la ciencia y la vida cotidiana, sobre esta base para construir no sólo la fórmula, pero todo el problema en la física. Formular obtener una resolución definitiva sólo de los científicos modernos que resumió las actividades de sus predecesores. Por lo tanto, las propiedades de las ondas cuánticas de la luz y – una consecuencia de las características de sus emisores, átomos cualesquiera con son electrones. Quantum (o fotón) se forma debido al hecho de que un electrón se mueve para disminuir el nivel de energía, generando así los impulsos de electro-magnética.

Las primeras observaciones ópticas

XIX столетии. La suposición acerca de la presencia de las propiedades cuánticas de la luz apareció en el siglo XIX. Los científicos han descubierto y diligentemente fenómenos como la difracción, la interferencia y polarización. Con su ayuda, se derivó la teoría ondulatoria electromagnética de la luz. Se basa en la aceleración del movimiento de los electrones durante las oscilaciones del cuerpo. Como resultado, los calores, seguidas por las ondas de luz apareció detrás de él. hipótesis del primer autor sobre este tema se ha formado el inglés D. Rayleigh. Se le considera como un sistema de ondas de radiación iguales y permanentes, y en un espacio confinado. De acuerdo con sus conclusiones, con una disminución en sus longitudes de onda de salida debe aumentar de forma continua, por otra parte, es necesario tener ultravioleta y rayos x. En la práctica, todo esto no ha sido confirmado, y tomó otro teórico.

la fórmula de Planck

XX века Макс Планк – физик немецкого происхождения – выдвинул интересную гипотезу. A principios del siglo XX Maks Plank – un físico de origen alemán – ha propuesto una hipótesis interesante. Según ella, la emisión y la absorción de la luz no se produce de forma continua, como se pensaba anteriormente, y las porciones – quanta, o como se les llama fotones. h , и он был равен 6,63·10 ^-34 Дж·с. la constante de Planck se introdujo – factor de proporcionalidad representado por la letra h, y fue igual a 6,63 × 10 ^-34 J · s. v – частота света. Con el fin de calcular la energía de cada fotón, se necesita un valor más – v – la frecuencia de la luz. la constante de Planck multiplicada por la frecuencia, y como resultado obtiene la energía de un solo fotón. Desde científico alemán con precisión y correctamente asegurado en una fórmula simple, las propiedades cuánticas de luz, que previamente habían sido encontrados por H. Hertz, y se designó como el efecto fotoeléctrico.

El descubrimiento del efecto fotoeléctrico

Como hemos dicho, el científico Genrih Gerts fue el primero que llamó la atención sobre las propiedades cuánticas de la luz nezamechaemye anterior. El efecto fotoeléctrico fue descubierto en 1887 cuando un científico se unió ilumina una placa de zinc y una varilla del electrómetro. En el caso donde la placa trata de una carga positiva, el electrómetro no se descarga. Si se emite una carga negativa, el dispositivo comienza a descargarse, tan pronto como cae la placa de rayos ultravioleta. Durante esta experiencia práctica se demostró que la placa se expone a la luz puede irradiar cargas eléctricas negativas, que más tarde recibieron el nombre apropiado – electrones.

La experiencia práctica Stoletova

experimentos prácticos con electrones conducidos investigador ruso Alexander Stoletov. Para sus experimentos utilizó una ampolla de vidrio vacío y dos electrodos. Un electrodo se utiliza para la transmisión de energía, y la segunda se iluminó, y fue traído al polo negativo de la batería. Durante esta operación, la corriente comienza a aumentar la fuerza, pero después de un tiempo se convirtió en una constante y directamente proporcional a la radiación de la luz. Como resultado, se encontró que la energía cinética de los electrones, así como el retraso de la tensión no depende de la potencia de la luz. Pero el aumento de la frecuencia de la luz hace crecer esta cifra.

Las nuevas propiedades cuánticas de la luz: el efecto fotoeléctrico y sus leyes

Durante el desarrollo de la teoría y la práctica Hertz Stoletov había sido retirado tres leyes básicas, que, como se vio después, los fotones están funcionando:

Мощность светового излучения, которое падает на поверхность тела, прямо пропорциональна силе тока насыщения. 1. La luz de encendido que cae sobre la superficie del cuerpo es directamente proporcional a la intensidad de la corriente de saturación.

Мощность светового излучения никак не влияет кинетическую энергию фотоэлектронов, а вот частота света является причиной линейного роста последней. 2. La luz de encendido no afecta a la energía cinética del fotoelectrón, pero la frecuencia de la luz es la causa de la reciente crecimiento lineal.

Существует некая «красная граница фотоэффекта». 3. Hay una especie de "borde rojo del efecto fotoeléctrico." La conclusión es que si la frecuencia es menor que el mínimo de luz indicador de frecuencia para un material dado, se observa el efecto fotoeléctrico.

Dificultades dos teorías de colisión

Después de fórmula deriva Max Planck, Ciencia enfrenta a un dilema. Anteriormente onda derivada, y propiedades cuánticas de la luz, que estaban abiertas un poco más tarde, no podría existir en el marco de las leyes generalmente aceptadas de la física. De acuerdo con la electromagnética, la vieja teoría, todos los electrones del cuerpo, que cae en la luz debe entrar en oscilación forzada en la misma frecuencia. Esto generaría una energía cinética infinita que es del todo imposible. Por otra parte, para la acumulación de la cantidad requerida de resto permanecería la energía del electrón es necesario ser capaz de decenas de minutos, mientras que el efecto fotoeléctrico, en la práctica, no hay la más mínima demora. Además confusión surgió también del hecho de que la energía de los fotoelectrones no depende de la potencia de la luz. Por otra parte, no tiene el borde rojo del efecto fotoeléctrico, y no se calculó proporcional a la frecuencia de la energía cinética de electrones de la luz ha sido abierto. La vieja teoría no podía explicar claramente visible para el ojo de los fenómenos físicos, y el nuevo aún no ha resuelto completamente.

Racionalismo Alberta Eynshteyna

Sólo en 1905, el gran físico Albert Einstein demostró en la práctica y en la teoría articulada, lo que es – la verdadera naturaleza de la luz. Y propiedades de onda cuántica, abierto por dos uno frente al otro hipótesis en partes iguales inherentes a los fotones. Para completar el cuadro sólo le faltaba el principio de carácter discreto, es decir, la ubicación exacta de los fotones en el espacio. Cada fotón – una partícula que puede ser absorbida o emitida como un todo. Electrón "tragar" fotones hacia adentro aumenta su carga en el valor de la energía absorbida por las partículas. Además, dentro de la electrónica de fotocátodo mueve a su superficie, mientras se mantiene una "doble dosis" de energía, que de salida se transforma en energía cinética. En este sencillo modo y efecto fotoeléctrico se lleva a cabo en el que no hay reacción retardada. En el acabado del electrón produce un quantum en sí, que cae sobre la superficie del cuerpo, irradiando con aún más energía. Cuanto mayor sea el número de fotones producidos – la radiación más potente, respectivamente, y la fluctuación de la onda de luz crece.

Los dispositivos más simples, que se basan en el principio del efecto fotoeléctrico

Después de los descubrimientos realizados por científicos alemanes a principios del siglo XX, la aplicación se mete en las propiedades cuánticas de la luz para la fabricación de diversos dispositivos. Invenciones, cuyo funcionamiento es el efecto fotoeléctrico, llamadas células solares, el representante más sencillo de los cuales – el vacío. Entre sus desventajas se pueden llamar débil conductividad actual, baja sensibilidad a la radiación de onda larga, por lo que no se puede utilizar en circuitos de corriente alterna. El dispositivo de vacío se utiliza ampliamente en fotometría, miden la fuerza de brillo y calidad de la luz. También juega un papel importante en fototelefonah y durante la reproducción de audio.

Las células fotovoltaicas con funciones de conducción

Era un tipo muy diferente de dispositivos, que se basan en las propiedades cuánticas de la luz. Su propósito – para cambiar la densidad de portadores. Este fenómeno es llamado a veces el efecto fotoeléctrico interno, y es la base de fotoconductores operación. Estos semiconductores están jugando un papel muy importante en nuestra vida diaria. Por primera vez empezaron a utilizar los coches retro. Luego que proporcionan la operación de la electrónica y la batería. A mediados del siglo XX comenzó a aplicar este tipo de células solares para la construcción de naves espaciales. Hasta ahora, debido al efecto fotoeléctrico interno operar los torniquetes en el metro, calculadoras portátiles y paneles solares.

reacciones fotoquímicas

La luz, la naturaleza de la ciencia que sólo fue parcialmente en el siglo XX, de hecho, afecta a los procesos químicos y biológicos. Bajo la influencia del flujo comienza proceso de disociación molecular cuántica y su fusión con los átomos. En la ciencia, esto se conoce como la fotoquímica, y en la naturaleza de una de sus manifestaciones es la fotosíntesis. Es debido a las ondas de luz de procesos de emisión de determinadas sustancias producidas por las células en el espacio extracelular, en el que la planta se vuelve verde.

Afectar a las propiedades cuánticas de la luz y la visión humana. El conseguir en la retina, un fotón desencadena el proceso de descomposición de las moléculas de proteína. Esta información es transportada por las neuronas en el cerebro, y después del tratamiento, todos podemos ver la luz. molécula de proteína caída de la noche y se restaura la visión se acomoda a las nuevas condiciones.

resultados

Nos encontramos en el curso de este artículo, que es principalmente las propiedades cuánticas de la luz se muestran en un fenómeno conocido como el efecto fotoeléctrico. Cada fotón tiene su carga y masa, y cuando se enfrentan a un electrón cae en él. Quantum y de electrones se convierten en uno, y su energía combinada se convierte en energía cinética, que, estrictamente hablando, necesarias para la aplicación del efecto fotoeléctrico. La oscilación de la onda producida de este modo puede aumentar la energía del fotón, pero sólo a una medida determinada.

efecto fotoeléctrico hoy es un componente esencial de la mayoría de los tipos de equipos. Sobre esta base las naves espaciales y satélites de construcción, se desarrollan las células solares se utilizan como fuente de energía auxiliar. Además, las ondas de luz tienen un gran impacto en los procesos químicos y biológicos de la Tierra. El gasto de la luz solar ordinaria las plantas son verdes, la atmósfera de la tierra está pintado completa paleta de color azul, y vemos el mundo tal como es.