क्वान्टम भौतिक: प्रकाश को क्वांटम गुण

के तपाईं कहिल्यै वास्तवमा धेरै हल्का घटना मा गठन बारेमा सोचेको? प्रकाश को सबै क्वांटम गुण - उदाहरणका लागि, विधुतीय फोटो को प्रभाव, गर्मी छालहरू, photochemical प्रक्रियाहरू र जस्तै लाग्न। तिनीहरूले पत्ता थिए भने गरिएको वैज्ञानिकहरूले काम छैन मरेका बिन्दुबाट, वास्तवमा सारियो थियो, साथै वैज्ञानिक र प्राविधिक प्रगति। inextricably भौतिक एउटै शाखा जोडिएको छ जो क्वांटम ओप्टिक्स, आफ्नो खण्ड अध्ययन।

प्रकाश को क्वांटम गुण: एक परिभाषा

हाल सम्म, यो स्पष्ट र व्यापक व्याख्या अप्टिकल घटना दिन सकेन। तिनीहरूले सफलतापूर्वक मात्र होइन सूत्र तर भौतिक सारा समस्या निर्माण गर्न, विज्ञान र दैनिक जीवन प्रयोग गरिन्छ यो आधारमा। अन्तिम अठोट प्राप्त गर्न मात्र गर्ने अप यसको predecessors को गतिविधिहरु समेट्न आधुनिक वैज्ञानिकहरूले देखि तैयार। तसर्थ, प्रकाश को क्वांटम लहर गुण र - आफ्नो emitters को सुविधाहरू एक परिणाम, wherewith अणुहरु इलेक्ट्रॉनों छन्। क्वान्टम (वा फोटोन) कारण इलेक्ट्रन यसरी इलेक्ट्रो-चुम्बकीय दलहन उत्पन्न, ऊर्जा स्तर कम गर्न उत्प्रेरित गर्छ भन्ने तथ्यलाई गठन गरिएको छ।

पहिलो अप्टिकल अवलोकन

XIX столетии. प्रकाश को क्वांटम गुण उपस्थिति बारेमा धारणा पनि XIX सताब्दी मा देखियो। वैज्ञानिकहरु र लगनशील भई diffraction, हस्तक्षेप र ध्रुवीकरण जस्ता घटना। आफ्नो मदत पाएर प्रकाश को विद्युत चुम्बकीय तरंग सिद्धान्त उत्पन्न भएको थियो। यो शरीर को oscillations समयमा इलेक्ट्रॉनों को आन्दोलन को प्रवेग आधारित थियो। फलस्वरूप, प्रकाश को छालहरू पछि heats, उहाँलाई पछि देखा पर्नुभयो। यस विषयमा पहिलो लेखकको परिकल्पना गर्ने Englishman डी रेले गठन गरेको छ। उहाँले विकिरण बराबर र स्थायी छालहरू को एक प्रणाली रूपमा मानिन्छ र सीमित ठाउँ मा छ। यसको निष्कर्ष अनुसार, आफ्नो उत्पादन तरंग दैर्ध्य मा एक कमी लगातार वृद्धि गर्नुपर्छ संग, यसबाहेक, पराबैंगनी र एक्स-रेज छ आवश्यक छ। व्यवहार मा, सबै यो पुष्टि गरिएको, र यो अर्को theorist लिए छ।

प्लैंक गरेको सूत्र

XX века Макс Планк – физик немецкого происхождения – выдвинул интересную гипотезу. एक जर्मन-जन्म भौतिक - - यो XX सताब्दी Maks काष्ठफलक को सुरुमा अगाडी एक रोचक परिकल्पना राख्नु भएको छ। उनको अनुसार, उत्सर्जन र प्रकाश को अवशोषण पहिले लाग्यो रूपमा, लगातार उत्पन्न गर्दैन, र भाग - क्वांटा, वा तिनीहरूले फोटोन भनिन्छ रूपमा। h , и он был равен 6,63·10 ^-34 Дж·с. प्लैंक गरेको लगातार भएको थियो - proportionality कारक पत्र घन्टा प्रतिनिधित्व, र यो 6.63 × 10 ^-34 जे · को बराबर थियो। v – частота света. v - - प्रकाश को आवृत्ति प्रत्येक फोटोन ऊर्जा गणना गर्न, थप एक मूल्य चाहिन्थ्यो। प्लैंक गरेको निरन्तर फ्रिक्वेन्सी ले गुणन र एकल फोटोन ऊर्जा प्राप्त फलस्वरूप। पछि जर्मन वैज्ञानिक सही र सही एक सरल सूत्र, पहिले एच Hertz फेला गरिएको थियो जो प्रकाश को क्वांटम गुणहरू, मा सुरक्षित र विधुतीय फोटो को प्रभाव रूपमा डिजाइन।

को विधुतीय फोटो को प्रभाव को खोज

हामी भने छ रूपमा, बैज्ञानिक Genrih Gerts प्रकाश nezamechaemye पहिले को क्वांटम गुण ध्यान आकर्षित गर्ने पहिलो थियो। एक वैज्ञानिक एक जस्ता प्लेट र electrometer एक छडी उज्यालो सामेल गर्दा विधुतीय फोटो को प्रभाव सन् 1887 मा पत्ता थियो। को प्लेट सकारात्मक शुल्कको आउँछ जहाँ मामला मा, electrometer discharged छैन। नकारात्मक शुल्क उत्सर्जित गरिएको छ भने, उपकरणको रूपमा चाँडै प्लेट पराबैंगनी रे पतन रूपमा, निर्वहन गर्न थाल्छ। इलेक्ट्रॉनों - यो समयमा हात-मा अनुभव यसलाई हल्का उजागर छ प्लेट पछि उपयुक्त नाम प्राप्त जो नकारात्मक बिजुली शुल्क, radiate गर्न सक्ने साबित भएको थियो।

व्यावहारिक अनुभव Stoletova

इलेक्ट्रॉनों संग व्यावहारिक प्रयोग सञ्चालन रूसी शोधकर्ता अलेक्जेन्डर सम्राट Osvoboditel। आफ्नो प्रयोग को लागि उहाँले एक निर्वात ग्लास बल्ब र दुई इलेक्ट्रोड प्रयोग। एक इलेक्ट्रोड शक्ति प्रसारण लागि प्रयोग भएको थियो, र दोस्रो उज्यालो थियो, र यो ब्याट्री को नकारात्मक पोल ल्याइएको थियो। यस कार्यका समयमा, हालको बल वृद्धि गर्न सुरु, तर एक समय पछि यो एक स्थिर र प्रकाश को विकिरण सीधै समानुपातिक भयो। फलस्वरूप, यो कि इलेक्ट्रॉनों को गतिज ऊर्जा साथै भोल्टेज delaying रूपमा प्रकाश को शक्ति निर्भर गर्दैन फेला परेन। तर प्रकाश को आवृत्ति मा वृद्धि यो आंकडा बढ्न गराउँछ।

प्रकाश को नयाँ क्वांटम गुण: को विधुतीय फोटो को प्रभाव र यसको नियम

Hertz गरेको सिद्धान्त र अभ्यास सम्राट Osvoboditel विकास समयमा यसलाई गरिएका रूप मा, फोटोन कार्य हो जो तीन आधारभूत नियमहरू, फिर्ता लिया गरिएको थियो:

Мощность светового излучения, которое падает на поверхность тела, прямо пропорциональна силе тока насыщения. 1 पावर प्रकाश शरीर को सतह मा पतन कि संतृप्ति वर्तमान को बल सीधै समानुपातिक छ।

Мощность светового излучения никак не влияет кинетическую энергию фотоэлектронов, а вот частота света является причиной линейного роста последней. 2. पावर ज्योति photoelectron को गतिज ऊर्जा असर गर्दैन, तर प्रकाश को आवृत्ति नवीनतम रैखिक वृद्धि को कारण छ।

Существует некая «красная граница фотоэффекта». 3. त्यहाँ एक प्रकारको छ "को विधुतीय फोटो को प्रभाव को रातो किनारा।" तल लाइन फ्रिक्वेन्सी दिइएको सामाग्री को लागि न्यूनतम आवृत्ति सूचक प्रकाश भन्दा कम छ भने, विधुतीय फोटो को प्रभाव अवलोकन छ भन्ने छ।

दुई सिद्धान्त टकराव कठिनाई

सूत्र अधिकतम प्लैंक उत्पन्न पछि, विज्ञान दुविधा संग सामना गर्नुपरेको थियो। एक सानो पछि खुला थिए जो पहिले उत्पन्न लहर, र प्रकाश को क्वांटम गुणहरू,, भौतिक को साधारण स्वीकार व्यवस्था को रूपरेखा मा अवस्थित सकेन। अनुसार यस विद्युत संग, जो ज्योति मा पतन पुरानो सिद्धान्त, शरीर को सबै इलेक्ट्रॉनों, एउटै आवृत्ति मा बाध्य oscillation आउन गर्नुपर्छ। यो एकदम असम्भव छ भनेर असीमित गतिज ऊर्जा उत्पन्न हुनेछ। यसबाहेक, विधुतीय फोटो को प्रभाव, व्यवहार मा, त्यहाँ छैन slightest ढिलाइ हुँदा, मिनेट दसौं गर्न सक्षम हुन आवश्यक इलेक्ट्रॉन ऊर्जा रहने थियो आराम को आवश्यक रकम को संग्रह लागि हो। थप अन्योल कि photoelectrons ऊर्जा प्रकाश को शक्ति निर्भर गर्दैन भन्ने तथ्यलाई देखि पनि खडा। यसबाहेक, विधुतीय फोटो को प्रभाव को रातो किनारा भएको छैन, र खोल्न गरिएको छ प्रकाश को इलेक्ट्रॉन गतिज ऊर्जा को आवृत्ति गर्न समानुपातिक गणना छैन। पुरानो सिद्धान्त भौतिक घटना को आँखा गर्न स्पष्ट देखिने व्याख्या गर्न सकिएन, र नयाँ अहिलेसम्म पूर्णतया बाहिर काम छैन।

Rationalism अलबर्टा Eynshteyna

मात्र 1905 मा, ठूलो भौतिक Albert Einstein व्यवहार मा देखाए र यो के, सिद्धान्त मा जोडा - प्रकाश साँचो प्रकृति। र क्वांटम लहर गुण, प्रत्येक अन्य hypotheses दुई विपरीत द्वारा खुला फोटोन गर्न निहित बराबर भागहरु मा। तस्विर ठाउँ मा फोटोन को सही स्थान अर्थात्, discreteness मात्र सिद्धान्त अभाव पूरा गर्न। प्रत्येक फोटोन - अवशोषित कि सकिँदैन वा सम्पूर्ण रूपमा उत्सर्जित एक कण। इलेक्ट्रोन "swallowing" भित्री फोटोन कणहरु द्वारा अवशोषित ऊर्जा को मूल्य यसको शुल्क बढ्छ। यसबाहेक, भित्र photocathode इलेक्ट्रन यसको सतहमा, जबकि गतिज ऊर्जा परिवर्तन छ जो उत्पादन ऊर्जा, एक "डबल खुराक" कायम राख्न उत्प्रेरित गर्छ। यो सरल तरिका, र विधुतीय फोटो को प्रभाव जो कुनै ढिलाइ प्रतिक्रिया मा बाहिर छ। इलेक्ट्रॉन को समाप्त मा जो पनि अधिक ऊर्जा संग radiating, शरीर को सतह मा पतन एक क्वांटम नै उत्पादन गर्छ। उत्पादन फोटोन को ठूलो संख्या - अधिक शक्तिशाली विकिरण, क्रमशः, र हल्का लहर को घटबढ बढ्छ।

को विधुतीय फोटो को प्रभाव को सिद्धान्त आधारित छन् जो सरल उपकरणहरू

को बीसौँ शताब्दीको सुरुमा जर्मन वैज्ञानिकहरूले गरेका आविष्कारहरू पछि, आवेदन विभिन्न उपकरणहरू को निर्माण को लागि प्रकाश को क्वांटम गुण मा हुन्छ। आविष्कार, जसको सञ्चालन गर्ने विधुतीय फोटो को प्रभाव छ, सौर कक्षहरू भनिन्छ, जो को सरल प्रतिनिधि - को निर्वात। यसको बेफाइदा कमजोर वर्तमान चालकता, लामो लहर विकिरण कम संवेदनशीलता, सकिन्छ बीचमा जो यो एसी सर्किट मा प्रयोग गर्न सकिँदैन किन छ। यस निर्वात उपकरण व्यापक photometry मा प्रयोग गरिन्छ, तिनीहरूले चमक र प्रकाश गुणस्तर को बल मापन। उहाँले पनि fototelefonah र अडियो प्लेब्याक बेला एक महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्छ।

प्रवाहकत्त्व कार्यहरु संग फोटोवोल्टिक कक्षहरू

यसलाई हल्का को क्वांटम गुण आधारित छन् जो उपकरणहरू को एकदम फरक प्रकारको थियो। आफ्नो उद्देश्य - वाहक घनत्व परिवर्तन गर्न। यो घटना कहिले काँही आन्तरिक विधुतीय फोटो को प्रभाव भनिन्छ, र यो सञ्चालन photoconductors को आधार छ। यी अर्धचालक हाम्रो दैनिक जीवनमा धेरै महत्त्वपूर्ण भूमिका खेलिरहेका छन्। पहिलो पटक तिनीहरूले रेट्रो कार प्रयोग गर्न थाले। त्यसपछि तिनीहरूले इलेक्ट्रनिक्स र ब्याट्री सञ्चालन प्रदान गर्नुहोस्। को बीसौँ शताब्दीको बीचमा spaceships निर्माण गर्न यस्तो सौर कक्षहरू लागू गर्न थाले। अब सम्म, कारण आन्तरिक विधुतीय फोटो को प्रभाव गर्न मेट्रो, पोर्टेबल क्यालकुलेटर र सौर पैनल मा turnstiles सञ्चालन।

photochemical प्रतिक्रिया

प्रकाश, जो को प्रकृति को बीसौँ शताब्दीमा मात्र आंशिक उपलब्ध विज्ञान थियो, वास्तवमा, यो रासायनिक र जैविक प्रक्रिया असर गर्छ। प्रवाह को प्रभाव अन्तर्गत क्वांटम आणविक dissociation प्रक्रिया र अणुहरु आफ्नो विलय सुरु हुन्छ। विज्ञान, यस photochemistry रूपमा ज्ञात छ, र यसको manifestations को एक को प्रकृति मा photosynthesis छ। यो बोट हरियो बन जसद्वारा को extracellular ठाउँ, मा कक्षहरू उत्पादित केही पदार्थ को उत्सर्जन को प्रकाश छालहरू प्रक्रियाहरू कारण हो।

प्रकाश र मानव दृष्टि को क्वांटम गुण असर गर्छ। रेटिना मा रही, एक फोटोन प्रोटिन अणुहरुलाई अपघटन प्रक्रिया ट्रिगर। यो जानकारी मस्तिष्क मा न्यूरन्स द्वारा ओसारपसार गरिन्छ, र उपचार पछि, हामी सबै ज्योति देख्न सक्छौं। Nightfall प्रोटिन अणु पुनर्स्थापना र दृष्टि नयाँ शर्तहरूमा समायोजित छ।

परिणाम

हामी मुख्य रूप ज्योति को क्वांटम गुण को विधुतीय फोटो को प्रभाव भनिने घटना देखाएका छ यो लेख, को पाठ्यक्रम मा बाहिर फेला परेन। प्रत्येक फोटोन यसको शुल्क र आम छ, र जब एक इलेक्ट्रन सामना यसलाई मा पर्छ। क्वान्टम र इलेक्ट्रन एक, र आफ्नो संयुक्त ऊर्जा कडाई बोल्ने जो, गतिज ऊर्जा, को विधुतीय फोटो को प्रभाव को कार्यान्वयन लागि आवश्यक मा परिवर्तित छ। को लहर oscillation यसरी उत्पादन भएको फोटोन ऊर्जा बढाउन सक्छ, तर केवल एक निश्चित मापन गर्न।

आज विधुतीय फोटो को प्रभाव उपकरण को सबै भन्दा प्रकार को एक आवश्यक घटक छ। यसको आधारमा निर्माण ठाउँ जहाज र उपग्रहहरु, सौर कक्षहरू सहायक ऊर्जा स्रोतको रूपमा प्रयोग गरिन्छ विकास। साथै, हल्का छालहरू धरती मा जैविक रासायनिक र प्रक्रियाहरू मा एक ठूलो प्रभाव छ। को बोट हरियो छन् साधारण सूर्यका खर्च, पृथ्वीको वातावरण को नीलो पूर्ण प्यालेट चित्रित छ, र यो छ रूपमा हामी संसारको हेर्नुहोस्।