Max Planck

Vetitë kuantike të dritës

Në vitin 1900, fizikani gjerman Max Planck bëri një hipotezë: drita emetohet dhe absorbohet jo vazhdimisht, por në pjesë të veçanta - kuante(ose fotone). Energjisë E e çdo fotoni përcaktohet nga formula E = hv , ku h - koeficienti i proporcionalitetit - konstanta e Planck-ut, v është frekuenca e dritës. E llogaritur në mënyrë empirike h= 6,63 10 -34 J s. Hipoteza e M. Planck shpjegoi shumë dukuri, përkatësisht fenomenin efekt fotoelektrik, zbuluar në 1887 nga shkencëtari gjerman G. Hertz. Me tutje efekt fotoelektrik studiuar eksperimentalisht nga shkencëtari rus Stoletov.

Ata ishin viktima të nazizmit, të burgosur të kampeve gjermane të përqendrimit. Pas luftës, Ajnshtajni loboi për çarmatimin bërthamor dhe qeverinë botërore: “Nëse i treti Lufte boterore gurët dhe shkopinjtë do të luftojnë në botën e katërt." Nga ana tjetër, ai përçmoi nacionalizmin dhe shprehu dyshime nëse një shtet hebre ishte zgjidhja më e mirë. Fillimisht, ai imagjinoi se hebrenjtë dhe arabët do të jetonin së bashku në të njëjtën tokë. Disa vjet para vdekjes së tij, Izraeli i ofroi atij të bëhej presidenti i dytë i tij, por Ajnshtajni e refuzoi atë, duke mos zotëruar cilësitë e nevojshme njerëzore.

Efekti fotoelektrik dhe ligjet e tij

Skema e eksperimentit të Stoletov

Efekti fotoelektrik është dëbimi i elektroneve nga një substancë me veprimin e dritës.
Si rezultat i hulumtimit, u zbulua 3 ligje të efektit fotoelektrik:
1. Fotorryma e ngopjes është drejtpërdrejt proporcionale me fluksin e dritës rënëse.
2. Energjia maksimale kinetike e fotoelektroneve rritet në mënyrë lineare me frekuencën e dritës dhe varet nga intensiteti i saj.
3. Për çdo substancë, ekziston një gjatësi vale maksimale në të cilën ende vërehet efekti fotoelektrik. Në gjatësi të gjata, nuk ka efekt fotoelektrik.

Albert Einstein, Albert Schweitzer dhe Bertrand Russell luftuan provat bërthamore dhe bombat. Së bashku me Konferencat Pugwash mbi Shkencën dhe Çështjet Botërore dhe Bertrand Russell, ai botoi manifestin e Russell-Einstein dhe organizoi disa konferenca.

Le të themi, për shembull, energjia termike, kimike, mekanike, radioaktive, por mbi të gjitha, energjia e dritës. Ndërveprimi i rrezatimit elektromagnetik, pra i dritës, me indet bazohet në një metodë shëruese që ne profesionalisht e quajmë fototerapi. Fototerapia është metodë moderne trajtim që përdor burimin më natyral të energjisë së dritës. Drita është një koncept që lidhet drejtpërdrejt me thelbin e jetës. Edhe pse ne vazhdimisht takohemi me të dhe nëse ai është në një formë natyrore apo si një burim i pashtershëm, në një shekull nuk dihej asgjë për thelbin e tij fizik dhe studimi i tij ishte në duart e teologëve.

Teoria e efektit fotoelektrik u krijua nga shkencëtari gjerman A. Einstein në vitin 1905. Teoria e Ajnshtajnit bazohet në konceptin e funksionit të punës së elektroneve nga një metal dhe konceptin e rrezatimi kuantik Sveta. Sipas teorisë së Ajnshtajnit, efekti fotoelektrik ka shpjegimin e mëposhtëm: duke thithur një sasi drite, një elektron fiton energji. Kur largohet nga metali, energjia e çdo elektroni zvogëlohet me një sasi të caktuar, e cila quhet funksioni i punës ( Avi) . Funksioni i punës është energjia minimale që duhet t'i jepet një elektroni në mënyrë që ai të largohet nga metali. Varet nga lloji i metalit dhe gjendja e sipërfaqes së tij. Energjia maksimale elektronet pas ikjes (nëse nuk ka humbje të tjera) ka formën :

Vetëm në shekullin e ardhshëm, kryesisht fizikantë italianë dhe francezë, morën një sërë njohurish që përfundimisht çuan në idenë e natyrës korpuskulare të dritës. Por në gjysmën e parë të shekullit të shtatëmbëdhjetë, askush nuk mund të shpjegonte thelbin e luleve. Vetëm në fund të këtij shekulli, për herë të parë, drita ishte një valë që përhapej në hapësirë ​​me të njëjtën shpejtësi dhe në të gjitha drejtimet nga çdo pikë e sipërfaqes së trupit. Shfaqet një fushë e re fizika kuantike. Sipas saj, drita ka karakter të dyfishtë, valor dhe korpuskular.

Tani po flasim mbi dualitetin e valëve dhe grimcave. Përdorimi terapeutik i dritës në mjekësinë shkencore është regjistruar vetëm në një shekull. Në fillim të shekullit, në mbarë botën u krijuan institute që lëshojnë dritë, të cilat përdoreshin për përpunimin e llambave speciale që lëshojnë dritë me gjatësi të ndryshme valë, të dukshme dhe infra të kuqe ose ultravjollcë, të cilat në fund u caktuan nga termi teknik si pjesa e errët e shikimit. Edward Slavik, pionier i terapisë së dritës në vendin tonë. Zhvillimi i turizmit resorte, ndërtimi i resorteve të famshme në Greqi, Itali, Rivierën Franceze ose zhvillimi i sanatoriumeve alpine, lejuan mjekët të rekomandojnë një qëndrim afatgjatë në ajrin malor të shoqëruar me diellin si një metodë trajtimi.

ky është ekuacioni i Ajnshtajnit.

Nese nje h v< Avi , efekti fotoelektrik nuk ndodh. Kufizoni frekuencën v min dhe kufizimin e gjatësisë valore λ maksimumi thirrur efekt fotografik i kufirit të kuq. Shprehet kështu: v min \u003d A/h, λ max \u003d λ cr \u003d hc/A, ku λ max (λ cr) është gjatësia e valës maksimale në të cilën ende vërehet efekti fotoelektrik. Kufiri i kuq i efektit fotoelektrik është i ndryshëm për substanca të ndryshme, sepse POR varet nga lloji i substancës.

Për shumë vite, pothuajse para zbulimit të antibiotikëve, helioterapia, së bashku me trajtimin e dietës dhe futjen e një diete me kalori të lartë, ishte i vetmi trajtim për tuberkulozin pulmonar. Sot ne përdorim helioterapinë kryesisht në parandalimin e sëmundjeve. Në përdorimin terapeutik të dritës së diellit, nuk duhet të harrojmë kurrë efektet e rrezeve ultravjollcë dhe infra të kuqe të diellit, megjithëse drita në gjatësi vale të dukshme përfaqësohet kryesisht. Varësia e fototerapisë nga kushtet meteorologjikeçoi në zhvillimin e burimeve të zvogëlimit të dritës.

Zbatimi i efektit fotoelektrik në teknologji.
Pajisjet e bazuara në parimin e funksionimit të të cilave është fenomeni i efektit fotoelektrik quhen fotoqeliza. Pajisja më e thjeshtë e tillë është fotocelë me vakum. Disavantazhet e një fotocelli të tillë janë: rrymë e dobët, ndjeshmëri e ulët ndaj rrezatimit me valë të gjata, kompleksiteti në prodhim, pamundësia e përdorimit në qarqe rrymë alternative. Përdoret në fotometri për të matur intensitetin e dritës, shkëlqimin, ndriçimin, në kinema për të riprodhuar zërin, në fototelegrafë dhe fototelefonë, në menaxhimin e proceseve të prodhimit.

Zhvillimi i tyre bëri të mundur studimin më të thellë të efekteve të dritës në një qelizë të gjallë dhe demonstroi një marrëdhënie të fortë midis gjatësisë valore të rrezeve të dritës dhe reagimit të organizmit. Ndërsa drita monokromatike me një gjatësi vale më të vogël se 550 nm ose më shumë se 900 nm ngadalëson ndarjen e qelizave, difraksioni i dritës midis 550 dhe 900 nm përshpejtohet. Gjatësia e valës së indit të rrezatuar është e rëndësishme për shkak të përthithjes së tij të ndryshme nga uji, hemoglobina dhe lëkura dhe melanina. Fototerapia moderne përdor disa lloje burimesh drite, të cilat ndryshojnë në të dyja vetitë fizike si dhe efekti i tij në organizmat e gjallë.

Ekzistojnë fotoqeliza gjysmëpërçuese në të cilat, nën ndikimin e dritës, përqendrimi i transportuesve të rrymës ndryshon. Pajisja e fotorezistorëve bazohet në këtë fenomen (efekti i brendshëm fotoelektrik). Ato përdoren në kontrollin automatik qarqet elektrike(për shembull, në rrotullat e metrosë), në qarqet AC, në orë, kalkulatorë. Fotocelat gjysmëpërçuese përdoren në Panele dielloreanije kozmike, në makinat e para.

Megjithëse disa lloje drite janë përdorur për dekada dhe janë bërë pjesë integrale e mjediseve mjekësore, të tjerat janë përdorur në mjekësi vitet e fundit. Këtu nënkuptojmë lazer. 6 7. Kështu quhen gjeneratorë të dritës kuantike dhe përforcues të rrezatimit, pra burime optike të rrezatimit elektromagnetik. Sipas karakteristikave të rrezes lazer, ne i ndajmë lazerët në joinvazivë, terapeutikë dhe invazivë, kirurgjikë. Rrezja lazer karakterizohet nga një ngjyrë, koherencë dhe polarizim.

Bazuar në ligjet e elektrodinamikës të Maxwell, sipas të cilave drita është një valë elektromagnetike e shpërndarë vazhdimisht në hapësirë, ato rezultuan të paefektshme. Ishte e pamundur të kuptohej pse energjia e fotoelektroneve përcaktohet vetëm nga frekuenca e dritës dhe pse vetëm në një gjatësi vale mjaft të vogël drita nxjerr elektronet.

Këto veçori ju lejojnë të projektoni fuqinë e kërkuar në një zonë të vogël. Një lazer i fortë rubin u përdor për koagulimin e retinës dhe lidhjen vaskulare të lëkurës. Përparësitë e tij kryesore janë kryesisht njohuritë në fushën e kirurgjisë dermatologjike dhe onkologjisë. Dhe, natyrisht, është interesante se puna e klinicistëve dhe studiuesve nga Evropa Qendrore dhe Lindore dominoi ndjeshëm. Progres i rëndësishëm në terapinë me lazer jo-invazive ka ndodhur që nga zbulimi i burimit të rrezes lazer helium-neon, dhe veçanërisht që nga fundi i vitit me zhvillimin e burimeve gjysmëpërçuese miniaturë të besueshme operacionale, mjekët krijojnë një rreze lazer të çdo fuqie dhe gjatësia valore.

Shpjegimi i efektit fotoelektrik u dha në vitin 1905 nga Ajnshtajni, i cili zhvilloi idetë e Planck-ut rreth emetimit me ndërprerje të dritës. Në ligjet eksperimentale të efektit fotoelektrik, Ajnshtajni pa prova bindëse se drita ka një strukturë të ndërprerë dhe përthithet në pjesë të veçanta.

Specialistët çekë të lazerit janë ndër më të famshëm në botë. Këtu duhet të kujtojmë veprën e Prof. Jiří Hubáček, MD, Drejtues Nderi i Klinikës Otorinolaringologjike të Spitalit të Fakultetit në Olomouc, të cilin mund ta konsiderojmë si themeluesin e Shkollës Çeke dhe që rriti disa studentë në këtë kurs. Sot ka disa qendra në Republikën Çeke që fokusohen në përdorimin e fototerapisë në disiplina të zgjedhura mjekësore dhe një pasqyrë e të cilave jepet në fund të këtij udhëzuesi.

Energjia E e çdo pjese të rrezatimit, në përputhje të plotë me hipotezën e Planck-ut, është proporcionale me frekuencën:

ku h është konstanta e Plankut.

Nga fakti që drita emetohet në pjesë, përfundimi për ndërprerjen e strukturës së vetë dritës nuk vjen ende. Në fund të fundit, uji mineral shitet edhe në shishe, por nga kjo nuk rezulton se uji përbëhet nga pjesë të pandashme.

Të dyja janë të përfaqësuara gjerësisht në shoqëritë ndërkombëtare si Akademia Ndërkombëtare e Terapisë me Laser në Mjekësi dhe Kirurgji dhe Shoqata Evropiane e Laserëve Mjekësor. Por lazeri është një rreze e shërueshme që mund të dëmtohet nëse përdoret nga një joprofesionist. Personeli mjekësor, duke përfshirë mjekët që punojnë me ta, duhet të marrin trajnim profesional. Prandaj, është e padëshirueshme të përdoret publiku i gjerë. Megjithatë, jo të gjithë kanë mundësinë të vizitojnë një vend pune të pajisur me lazer.

Megjithatë, do të ishte turp të mos përfitoni nga efektet e dobishme të dritës së modifikuar. Prandaj, llambat bioptron janë krijuar për të lëshuar dritë të polarizuar, por kjo nuk është koherente. Kjo do të thotë se mundësia e dëmtimit të indit të rrezatuar është minimale dhe joprofesionisti mund të punojë në të edhe pas stërvitjes. Ndoshta përfitimi më i madh i përdorimit të një llambë bioptron janë efektet minimale anësore.

Thjesht një fenomen efekt fotoelektrik tregoi se drita ka një strukturë të ndërprerë: pjesa e emetuar e energjisë së dritës E = hv ruan individualitetin e saj në të ardhmen. Vetëm e gjithë pjesa mund të përthithet.

Energjia kinetike e një fotoelektroni mund të gjendet duke zbatuar ligjin e ruajtjes së energjisë. Energjia e një pjese të dritës hv përdoret për të kryer funksionin e punës A dhe për të komunikuar energjinë kinetike me elektronin.

Në literaturë, ende nuk kemi hasur në një përshkrim të një reagimi negativ ndaj terapisë me dritë të polarizuar. 8 9. Procesi përsëritet vazhdimisht dhe çon në përhapjen e valëve në hapësirë ​​nga një burim i caktuar i valëve elektromagnetike. Drita është një lloj valë elektromagnetike si rrezet x, rrezet gama, rrezet ultravjollcë, rrezet infra të kuqe ose valët e radios. Këto lloje individuale të rrezatimit ndryshojnë në gjatësi vale dhe frekuencë. Për dritën që ne thërrasim rrezatimi elektromagnetik e cila perceptohet nga syri i njeriut.

Rrjedhimisht,

Funksioni i punësështë energjia minimale që duhet t'i jepet një elektroni në mënyrë që ai të largohet nga metali. Ekuacioni (11.2) shpjegon faktet themelore rreth efektit fotoelektrik. Intensiteti i dritës, sipas Ajnshtajnit, është proporcional me numrin e kuanteve (pjeseve) të energjisë hv në rrezen e dritës dhe për këtë arsye përcakton numrin e elektroneve të shkëputura nga metali. Shpejtësia e e elektroneve sipas formulës (11.2) përcaktohet vetëm nga frekuenca e dritës v dhe funksioni i punës A, në varësi të llojit të metalit dhe gjendjes së sipërfaqes së tij. Shpejtësia nuk varet nga intensiteti i dritës.

Çdo gjatësi vale krijon një perceptim të ndryshëm vizual, ngjyrën e dritës. Burimet e dritës janë shndërrimet e energjisë në atomet e substancave të ndryshme. Një atom mund të marrë energji, për shembull, në formën e nxehtësisë, dritës ose energjisë elektrike. Sigurisht, keni dëgjuar për elektronet që qarkullojnë në një atom rreth bërthamës së tyre përgjatë shtigjeve të caktuara. Nën ndikimin e energjisë së furnizuar, ata mund të lëvizin një distancë nga bërthama. Në këtë gjendje, ato nuk zgjasin shumë dhe pas një periudhe të caktuar kohore, elektroni kthehet në rrugën e tij origjinale dhe energjia e tepërt lëshohet në formën e dritës.

Për secilën substancë, efekti fotoelektrik vërehet vetëm nëse frekuenca v e dritës është më e madhe se një vlerë minimale e caktuar V min. Në fund të fundit, për të nxjerrë një elektron nga një metal edhe pa i dhënë energji kinetike, është e nevojshme të kryhet funksioni i punës A. Prandaj, energjia kuantike duhet të jetë më e madhe se kjo punë:

Frekuenca kufizuese V min dhe gjatësia e valës kufizuese max quhen kufiri i kuq i efektit fotoelektrik. Ato shprehen kështu:

Më pas, drita përhapet nga burimi i dritës në valë, si rrathë në sipërfaqen e ujit. Një vijë pingul me valën e valës tregon drejtimin e përhapjes së dritës dhe quhet rreze drite. Mjedisi, në të cilën drita mund të përhapet, ndryshon në varësi të vetive të saj optike. Në një mjedis transparent transparent, nuk ka thithje të dritës, gjë që bën që objekti të ngjyroset në ngjyrën plotësuese të gjatësisë së valës së absorbuar dhe nuk ka shpërndarje të dritës. Drita kalon nëpër një medium transparent, por është pjesërisht e shpërndarë.

ku max (cr) është gjatësia maksimale e valës në të cilën ende vërehet efekti fotoelektrik. Ky emër u shfaq në analogji me valët e dritës, që nga gjatësia maksimale e valës dritë e dukshme korrespondon me të kuqe.

Në një mjedis të errët, drita absorbohet fuqishëm ose nuk mund ta arrijë fare atë dhe reflektohet në sipërfaqe. Në varësi të faktit nëse mediumi optik ka të njëjtat veti optike në tërësi, flasim për një mjedis homogjen ose johomogjen. Lëkura është opake dhe heterogjene. Drita udhëton në media të ndryshme me shpejtësi të ndryshme. Kur drita godet ndërfaqen e dy mediave të ndryshme optike, drita reflektohet dhe përthyhet. Shpejtësia e dritës në një mjedis të paqëndrueshëm varet nga frekuenca e saj.

Ky fenomen quhet dispersion i dritës. Shpërndarja e dritës lejon përdorimin e dritës së bardhë, në të cilën drita e të gjitha frekuencave shfaqet monokromatike. Prizmat optike përdoren për të ndarë dritën. Spektri i skajit është rregulluar në mënyrë që të paktën komponenti spektral i kuq është i devijuar dhe më i violet. Manifestimi i rëndësishëm i gjatësive të valëve të dritës, veçanërisht në dritë monokromatike, është një pengesë. Fenomeni përbëhet nga një rregullim i kontributeve të ndryshme Dritë koherente ose dritë me të njëjtën frekuencë rrezatimi lazer Drita jokoherente ose drita me faza të ndryshme të dritës Valët Bioptron në një vend të caktuar.

Funksioni i punës A varet nga lloji i substancës. Prandaj, frekuenca kufizuese Vmin e efektit fotoelektrik (kufi i kuq) është i ndryshëm për substanca të ndryshme.

Ligji i tretë i efektit fotoelektrik: për çdo substancë ekziston një gjatësi vale maksimale në të cilën efekti fotoelektrik ende mund të vërehet. Në gjatësi vale më të gjata, nuk ka efekt fotoelektrik.

Për zinkun, kufiri i kuq korrespondon me gjatësinë e valës max = 3.7 10 -7 m (rrezatim ultravolet).

Manifestimi i tij është shfaqja e një strukture ndërhyrjeje. Në dritën monokromatike, ndërhyrja manifestohet në formimin e brezave të lehta dhe të errëta, në dritën e bardhë, formimin e një ylberi. Një tjetër manifestim i rëndësishëm i gjatësive valore të dritës është difraksioni ose përkulja e dritës. Si rezultat, drita nuk përhapet menjëherë dhe gjithashtu në zonën e hijes gjeometrike të krijuar pas pengesave.

Drita natyrale e papolarizuar mund të polarizohet në mënyra të ndryshme: reflektim, përthyerje, dythyese ose filtra polarizues. Në polarizimin e dritës me dythyerje përdoret anizotropia e kristaleve, pra shpejtësi të ndryshme të përhapjes së dritës në drejtime të ndryshme. Drita njëngjyrëshe është gjithmonë eliptike. Një rast i veçantë është polarizimi rrethor ose linear. Në optikën e aplikuar dhe teknike, polarizuesit dikroikë të bartësve plastikë shpesh përdoren për të gjeneruar dritë të polarizuar në të cilën ka kristale dikroike që shfaqin thithje të ndryshme për drejtime të ndryshme të dritës së polarizuar.

Kjo shpjegon përvojën e ndalimit të efektit fotoelektrik me ndihmën e një pllake xhami që bllokon rrezet ultravjollcë. Funksioni i punës së aluminit ose hekurit është më i madh se ai i zinkut. Në metale alkali funksioni i punës, përkundrazi, është më i vogël, dhe gjatësia e valës max, që korrespondon me kufirin e kuq, është më e gjatë. Pra, për natriumin max = 6.8 10 -34 m.

Duke përdorur ekuacionin e Ajnshtajnit (11.2), mund të gjendet konstantja e Plankut h. Për ta bërë këtë, duhet të përcaktoni eksperimentalisht frekuencën e dritës V, funksionin e punës A dhe masën energjia kinetike fotoelektrone. Matjet dhe llogaritjet e ngjashme japin h = 6,63 10 -34 J s. Saktësisht e njëjta vlerë u gjet nga vetë Planck gjatë studimit teorik të një fenomeni krejtësisht të ndryshëm - rrezatimi termik. Koincidenca e vlerave të konstantës së Planck-ut të marra me metoda të ndryshme konfirmon gjithashtu saktësinë e supozimit për natyrën e ndërprerë të emetimit dhe thithjes së dritës nga materia.

Ekuacioni i Ajnshtajnit (11.2), megjithë thjeshtësinë e tij të dukshme, shpjegon ligjet bazë të efektit fotoelektrik. Ajnshtajni u shpërblye Çmimi Nobël për punën e tij në teorinë e efektit fotoelektrik.


1. Çfarë faktesh dëshmojnë për praninë e vetive korpuskulare të dritës!
2. Cili është efekti i fotos së kufirit të kuq!

Myakishev G. Ya., Fizikë. Klasa 11: tekst shkollor. për arsimin e përgjithshëm institucionet: bazë dhe profili. nivelet / G. Ya. Myakishev, B. V. Bukhovtsev, V. M. Charugin; ed. V. I. Nikolaev, N. A. Parfenteva. - Botimi i 17-të, i rishikuar. dhe shtesë - M.: Arsimi, 2008. - 399 f.: ill.

Shkarkoni ese, detyra shtëpie në fizikë, shkarkoni tekste falas, mësime online, pyetje dhe përgjigje

Përmbajtja e mësimit përmbledhje e mësimit mbështetja e prezantimit të mësimit në kuadër të metodave përshpejtuese teknologjitë ndërvepruese Praktikoni detyra dhe ushtrime seminare vetëekzaminimi, trajnime, raste, kërkime pyetje diskutimi për detyrat e shtëpisë pyetje retorike nga studentët Ilustrime audio, videoklipe dhe multimedia foto, foto grafika, tabela, skema humori, anekdota, shaka, komike, shëmbëlltyra, thënie, fjalëkryqe, citate Shtesa abstrakte artikuj patate të skuqura për fletë mashtruese kureshtare tekste mësimore fjalori bazë dhe plotësues i termave të tjera Përmirësimi i teksteve dhe mësimevekorrigjimi i gabimeve në tekstin shkollor përditësimi i një fragmenti në tekstin shkollor elementet e inovacionit në mësim duke zëvendësuar njohuritë e vjetruara me të reja Vetëm për mësuesit leksione perfekte plani kalendar për vitin udhëzime programet e diskutimit Mësime të integruara