量子物理学：光の量子的特性

あなたが実際に多くの光現象を構成するものについて考えたことがありますか？ 例えば、光電効果、熱波、光化学プロセスなどを取る-光のすべての量子特性を。 それらが発見されていない場合は、科学者の作品は実際には、死点から移動し、だけでなく、科学的・技術的進歩しなかったであろう。 量子光学のその部分を研究、密接に物理学の同じ枝にリンクされています。

光の量子的特性：定義

最近まで、このの明確かつ包括的な解釈 光学現象が 与えることができませんでした。 彼らは成功した式が、物理学の全体の問題ではないだけを構築し、これに基づいて、科学と日常生活で使用されています。 唯一の前任者の活動を総括し、現代の科学者から入手することが、最終的な決意を策定。 したがって、光の量子波特性および-そのエミッタの特徴の結果、wherewith原子が電子です。 量子（または光子）による電子こうして電磁パルスを発生する、エネルギーレベルを低下させるために移動するという事実のために形成されています。

第一の光学観察

XIX столетии. 光の量子的特性の存在についての仮定は、19 世紀 に登場しました 。 科学者たちは熱心な回折、干渉や偏光などの現象を発見しています。 彼らの助けを借りて、光の電磁波理論が導き出されました。 これは、身体の振動中の電子の移動の加速度に基づいていました。 その結果、光の波が続く熱は、彼の後ろに現れました。 このテーマに関する第一著者の仮説はイギリスD.レイリーを形成しています。 彼は放射線等しいとパーマネントウェーブのシステムとみなし、そして限られた空間にあります。 その結論によると、それらの出力波長の減少に伴って、連続的に増加させるべきである。また、紫外線およびX線を有することが必要。 実際には、このすべてが確認されていない、それは別の理論家を取りました。

プランクの式

XX века Макс Планк – физик немецкого происхождения – выдвинул интересную гипотезу. ドイツ生まれの物理学者- - 20 世紀 マクス・プランク の初めに 興味深い仮説を提唱しています。 彼女によれば、発光光の吸収は、以前考えられていたように、連続的に発生せず、部分-量子、またはそれらは光子と呼ばれています。 h , и он был равен 6,63·10 ^-34 Дж·с. 文字 H で表される比例係数 、それは 6.63×10 ^-34 J・sで 同等であった -プランク定数を導入しました 。 v – частота света. V - - 光の周波数 、各光子のエネルギーを計算するために、もう一つの値を必要としました 。 プランク定数は、周波数を乗じ、その結果、単一光子のエネルギーを得ます。 ドイツの科学者は、正確にかつ正確に単純な式、以前H・ヘルツによって発見された光の量子特性に固定され、光電効果として指定されているので。

光電効果の発見

我々が言ったように、科学者 Genrih Gertsは 、以前の光nezamechaemyeの量子の性質に注意を喚起した最初の人でした。 科学者は、亜鉛板と電位のロッドを照射参加するとき、光電効果は、1887年に発見されました。 プレートは、正の電荷になる場合には、電位が放電されません。 負の電荷が放出される場合、デバイスはすぐにプレートを紫外線に落ちるように、放電を開始します。 電子-それは、プレートが光にさらされていることが証明されたこの実務経験の間に、後に適切な名前を受け取った負の電荷を、放射することができます。

実際の経験のStoletova

電子と実用的な実験では、ロシアの研究者アレクサンダーStoletovを行いました。 彼の実験のために、彼は、真空ガラス球と2つの電極を使用していました。 一方の電極は、動力伝達のために使用し、そして第二が点灯したところ、電池の負極にしました。 この操作中に、現在は強度を高めるために開始しますが、しばらくすると、それは定数と光の放射に正比例となりました。 その結果、運動電子のエネルギーならびに電圧を遅延させる光のパワーに依存しないことがわかりました。 しかし、光の周波数の増加は、この数字を成長させる原因となります。

光の新しい量子物性：光電効果とその法律

ヘルツの理論と実践Stoletovの開発中に、それが判明したとして、光子が機能している、三つの基本的な法則を、撤回されていました。

Мощность светового излучения, которое падает на поверхность тела, прямо пропорциональна силе тока насыщения. 体の表面に当たる 1 電源ランプが飽和電流の強さに正比例します。

Мощность светового излучения никак не влияет кинетическую энергию фотоэлектронов, а вот частота света является причиной линейного роста последней. 2. 電源ランプが光電子の運動エネルギーに影響を与えませんが、光の周波数は、最新の線形成長の原因です。

Существует некая «красная граница фотоэффекта». 3 種類あり、「光電効果の赤色エッジ。」 一番下の行は、周波数が与えられた材料の最小周波数インジケータライト未満であれば、光電効果が観察されることです。

2つの理論衝突困難

式は、マックス・プランク得た後、科学は、ジレンマに直面しました。 少し後に開いていた以前に由来波、光の量子特性は、物理学の一般に認められた法律の枠組みの中では存在しませんでした。 電磁に従い、光に当たる古い理論、身体の全ての電子は、同じ周波数で強制振動に来る必要があります。 これはかなり不可能である無限の運動エネルギーを生成します。 光電効果は、実際には、わずかな遅延がないがまた、電子エネルギーが残る残りの必要量の蓄積のために、数十分できることが必要です。 さらに混乱は光電子のエネルギーが光のパワーに依存しないという事実からも生じました。 また、光電効果の赤い縁をおらず、開放された光電子の運動エネルギーの周波数に比例して計算されませんでした。 古い理論は、物理現象の目にはっきり見え説明できなかった、と新しいが、まだ完全には働いていません。

合理主義アルバータEynshteyna

唯一の1905年に、偉大な物理学者アルバート・アインスタイン、実際に見せ、それが何であるかを、理論的には、多関節-光の本質。 光子に固有の等しい部分に2つの互いに反対側の仮説によってオープンと量子波特性。 画像は離散の唯一の原則を欠いていた完了するために、空間での光子の正確な位置、すなわち。 各光子-吸収または全体的に出射させることができる粒子。 電子は、内側に光子が粒子によって吸収されるエネルギーの値にその電荷を増加させ、「嚥下します」。 運動エネルギーに変換される出力エネルギーの「二重用量を」維持しつつ、さらに、内部光電陰極電子は、その表面に移動します。 この単純な方法で、及び光電効果がない遅延反応する行われます。 電子の仕上げにも多くのエネルギーを有する放射、体の表面に当たる量子自体を生成します。 それぞれより強力な放射線、および光波成長の変動-生成された光子の数より大きい。

光電効果の原理に基づいて、最も単純なデバイス、

20世紀の初めにドイツの科学者によって作られた発見した後、アプリケーションは、さまざまなデバイスを製造するための光の量子的特性に入りました。 その動作は、光電効果である発明、太陽電池と呼ばれる、最も簡単な代表-真空。 その欠点の中でも微弱な電流伝導性、それはAC回路で使用することができない理由である長波長放射、低感度と呼ぶことができます。 真空装置が広く測光に使用され、それらは、明るさと光質の強度を測定します。 彼はまた、fototelefonahで、音声再生中に重要な役割を果たしています。

伝導機能を備えた太陽電池

これは、光の量子的特性に基づいてされているデバイスの全く異なるタイプでした。 彼らの目的-キャリア密度を変更します。 この現象は、時々 、内部光電効果と呼ばれ、それは動作感光体の基礎です。 これらの半導体は、私たちの日常生活の中で非常に重要な役割を果たしています。 初めて彼らはレトロな車を使用し始めました。 その後、彼らは電子機器やバッテリ動作を提供します。 20世紀の半ばに宇宙船を構築するため、このような太陽電池を適用し始めました。 今までは、内部光電効果による地下鉄、電卓やソーラーパネルで改札口を運営しています。

光化学反応

光、20世紀の科学の一部のみ利用可能だったの性質は、実際には、それが化学的および生物学的プロセスに影響を与えます。 流れの影響で量子分子解離過程と原子との合併を開始します。 科学では、これは光化学として知られており、その症状の一つの自然の中で光合成あります。 これは、植物が緑色となる細胞外空間に細胞によって産生される特定の物質の放出の光波プロセスによるものです。

光と人間の視覚の量子特性に影響を与えます。 網膜上の取得、光子は、タンパク質分子の分解のプロセスをトリガーします。 この情報は、脳内の神経細胞によって搬送され、治療後、我々はすべての光を見ることができます。 日暮れタンパク質分子が復元され、ビジョンが新しい条件に収容されています。

結果

私たちは、主に光の量子的特性は、光電効果と呼ばれる現象に示されているこの記事の過程で分かりました。 各光子は、その電荷および質量を有し、及び電子に直面したとき、それに該当します。 量子と電子が一つになる、及びそれらの組み合わせエネルギーは、光電効果の実現に必要な厳密に言えば、運動エネルギーに変換されます。 このようにして製造波発振だけ特定の小節に、光子エネルギーを増加させることができます。

光電効果は、今日は、機器のほとんどの種類の必須成分です。 その基づいて建物宇宙船および人工衛星は、太陽電池は、補助エネルギー源として使用されている開発します。 加えて、光の波は、地球上の化学的および生物学的プロセスに大きな影響を与えます。 植物が緑のある通常の太陽光の費用は、地球の大気が青色の完全なパレットを塗られ、それがあるとして、私たちは世界を参照してください。