Макс Планк

Квантовые свойства света

В 1900 г. немецкий физик Макс Планк высказал гипотезу: свет излучается и поглощается не непрерывно, а отдельными порциями - квантами (или фотонами). Энергия Е каждого фотона определяется формулой Е = hv , где h - коэффициент пропорциональности — постоянная Планка, v - частота света. Опытным путем вычислили h = 6,63·10 -34 Дж·с. Гипотеза M.Планка объяснила многие явления, а именно, явление фотоэффекта , открытого в 1887 г. немецким ученым Г. Герцем. Далее фотоэффект изучил экспериментально русский ученый Столетов.

Они были жертвами нацизма, узники немецких концлагерей. После войны Эйнштейн лоббировал ядерное разоружение и мировое правительство: «Если начнется Третья мировая война, камни и палки будут сражаться в четвертом мире». С другой стороны, он презирал национализм и высказывал сомнения относительно того, является ли еврейское государство наилучшим решением. Первоначально он представлял, что евреи и арабы будут жить вместе на одной земле. За несколько лет до своей смерти Израиль предложил ему стать его вторым президентом, но Эйнштейн отказался от него, не обладая необходимыми человеческими качествами.

Фотоэффект и его законы

Схема опыта Столетова

Фотоэффект - это вырывание электронов из вещества под действием света.
В результате исследований было установлено 3 закона фотоэффекта :
1. Фототок насыщения прямо пропорционален падающему световому потоку.
2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно растает с частотой света и зависит от его интенсивности.
3. Для каждого вещества существует максимальная длина волны, при которой фотоэффект еще наблюдается. При больших длинах фотоэффекта нет.

Альберт Эйнштейн, Альберт Швейцер и Бертран Рассел, сражались с ядерными испытаниями и бомбами. Вместе с Пагуошскими конференциями по науке и мировым делам и Бертранном Расселом он опубликовал манифест Рассела-Эйнштейна и организовал несколько конференций.

Скажем, например, тепловая, химическая, механическая, радиоактивная, но, прежде всего, световая энергия. Взаимодействие электромагнитного излучения, то есть света, с тканями, основано на методе исцеления, который мы профессионально называем фототерапией. Фототерапия - это современный метод лечения, который использует самый естественный источник энергии света. Свет - это понятие, непосредственно связанное с сущностью жизни. Хотя мы постоянно встречаемся с ним и независимо от того, находится ли он в естественной форме или как неиссякаемый источник, в столетии ничего не узнали о его физической сущности, и его исследование было в руках богословов.

Теорию фотоэффекта создал немецкий ученый А. Эйнштейн в 1905 г. В основе теории Эйнштейна лежит понятие работы выхода электронов из металла и понятие о квантовом излучении света. По теории Эйнштейна фотоэффект имеет следующее объяснение: поглощая квант света, электрон приобретает энергию. При вылете из металла энергия каждого электрона уменьшается на определенную величину, которую называют работой выхода (Авых ) . Работа выхода - это минимальная энергия, которую надо сообщить электрону, чтобы он покинул металл. Она зависит от типа металла и состояния его поверхности. Максимальная энергия электронов после вылета (если нет других потерь) имеет вид:

Только в и в следующем столетии в основном итальянские и французские физики получили ряд знаний, которые в конечном итоге привели к идее корпускулярного характера света. Но в первой половине семнадцатого века никто не смог объяснить суть цветов. Только в конце этого столетия впервые свет был волной, которая распространялась в пространстве с одинаковой скоростью и всеми направлениями от каждой точки поверхности тела. Появляется новое поле квантовой физики. По ее словам, свет носит двойной характер, волна и корпускулярная.

Только сейчас речь идет о двойственности волн и частиц. Терапевтическое использование света в научной медицине регистрируется только в столетии. В начале века во всем мире были созданы светоизлучающие институты, используемые для обработки специальных ламп, излучающих свет с различными длинами волн, как видимых, так и инфракрасных или ультрафиолетовых, который в конце был обозначен техническим термином как темная часть зрения. Эдвард Славик, пионер светотерапии в нашей стране. Развитие курортного туризма, строительство знаменитых курортов в Греции, Италии, на Французской Ривьере или развитие альпийских санаториев позволило врачам рекомендовать долгосрочное пребывание в горном воздухе, связанное с солнцем, как метод лечения.

это уравнение Эйнштейна.

Если hv < Авых , то фотоэффекта не происходит. Предельную частоту v min и предельную длину волны λ max называют красной границей фотоэффекта . Она выражается так: v min =A/h , λ max = λ кр = hc/A , где λ max (λ кр) – максимальная длина волны, при которой фотоэффект еще наблюдается. Красная граница фотоэффекта для разных веществ различна, т.к. А зависит от рода вещества.

В течение многих лет, практически до открытия антибиотиков, гелиотерапия, наряду с лечением диеты и введением калорийной диеты, была единственной в лечении туберкулеза легких. Сегодня мы используем гелиотерапию прежде всего в профилактике заболеваний. При терапевтическом использовании солнечного света мы никогда не должны забывать о воздействии ультрафиолетового и инфракрасного солнечного света, хотя преобладающее представление имеет свет в видимых длинах волн. Зависимость фототерапии от метеорологических условий привела к развитию уменьшающихся источников света.

Применение фотоэффекта в технике.
Приборы, в основе принципа действия которых лежит явление фотоэффекта, называют фотоэлементами. Простейшим таким прибором является вакуумный фотоэлемент. Недостатками такого фотоэлемента являются: слабый ток, малая чувствительность к длинноволновому излучению, сложность в изготовлении, невозможность использования в цепях переменного тока. Применяется в фотометрии для измерения силы света, яркости, освещенности, в кино для воспроизведения звука, в фототелеграфах и фототелефонах, в управлении производственными процессами.

Их развитие позволило более глубоко изучить световые эффекты на живую клетку и продемонстрировало сильную зависимость между длиной волны световых лучей и реакцией организма. В то время как монохроматический свет с длиной волны менее 550 нм или более 900 нм замедляет деление клеток, дифракция света между 550 и 900 нм ускоряется. Длина волны облученной ткани важна из-за ее различного поглощения водой, гемоглобином и кожей и меланином. Современная фототерапия использует несколько типов источников света, которые различаются как по своим физическим свойствам, так и по влиянию на живой организм.

Существуют полупроводниковые фотоэлементы, в которых под действием света происходит изменение концентрации носителей тока. На этом явлении (внутреннего фотоэффекта) основано устройство фоторезисторов. Они используются при автоматическом управлении электрическими цепями (например, в турникетах метро), в цепях переменного тока, в часах, микрокалькуляторах. Полупроводниковые фотоэлементы используются в солнечных батареях на космических кораблях, в первых автомобилях.

Хотя некоторые виды света использовались на протяжении десятилетий и стали неотъемлемой частью медицинских учреждений, другие используют медицину в течение последних нескольких лет. Здесь мы имеем в виду лазер. 6 7. Таким образом, они называются квантовыми световыми генераторами и усилителями излучения, то есть оптическими источниками электромагнитного излучения. В соответствии с характеристиками лазерного луча мы делим лазеры на неинвазивные, лечебные и инвазивные, хирургические. Лазерный луч характеризуется одним цветом, когерентностью и поляризацией.

На основе законов электродинамики Максвелла, согласно которым свет - это электромагнитная волна, непрерывно распределенная в пространстве, оказались безрезультатными. Нельзя было понять, почему энергия фотоэлектронов определяется только частотой света и почему лишь при достаточно малой длине волны свет вырывает электроны.

Эти функции позволяют проецировать требуемую мощность на небольшую область. Жесткий рубиновый лазер использовался для коагуляции сетчатки и сосудистого вязания кожи. Его основными преимуществами являются в основном знания в области дерматологической хирургии и онкологии. И, безусловно, интересно, что работа клиницистов и исследователей из Центральной и Восточной Европы значительно доминировала. Значительный прогресс в неинвазивной лазерной терапии произошел после открытия источника гелия-неонового лазерного луча, и особенно с конца года с развитием миниатюрных эксплуатационно надежных полупроводниковых источников, врачей создать лазерный луч любой мощности и длины волны.

Объяснение фотоэффекта было дано в 1905 г. Эйнштейном , развившим идеи Планка о прерывистом испускании света. В экспериментальных законах фотоэффекта Эйнштейн увидел убедительное доказательство того, что свет имеет прерывистую структуру и поглощается отдельными порциями.

Чешские лазерные специалисты относятся к числу всемирно известных. Здесь нужно вспомнить работу проф. Доктор Иржи Хубачек, доктор медицинских наук, почетный руководитель клиники оториноларингологии больницы факультета в Оломоуце, которого мы можем считать основателем чешской школы и который воспитал в этом курсе несколько учеников. Сегодня в Чешской Республике существует несколько центров, в которых основное внимание уделяется использованию фототерапии в отдельных медицинских дисциплинах и обзор которой дается в конце этого руководства.

Энергия Е каждой порции излучения в полном соответствии с гипотезой Планка пропорциональна частоте:

где h - постоянная Планка.

Из того, что свет излучается порциями, еще не вытекает вывода о прерывистости структуры самого света. Ведь и минеральную воду продают в бутылках, но отсюда не следует, что вода состоит из неделимых частей.

Оба они широко представлены в международных обществах, таких как Международная академия лазерной терапии в медицине и хирургии и Европейская медицинская лазерная ассоциация. Но лазер - это излечимая пучка, которая может быть повреждена, если ее применяет непрофессионал. Медицинский персонал, включая врачей, работающих с ними, должен пройти профессиональную подготовку. Поэтому нежелательно использовать широкую общественность. Однако не у всех есть возможность посетить рабочее место, оснащенное лазером.

Тем не менее, было бы позором не использовать благоприятные эффекты модифицированного света. Поэтому биоптронные лампы были спроектированы для излучения поляризованного света, но это не является когерентным. Это означает, что возможность повреждения облученной ткани минимальна, а непрофессионал также может работать с ней после тренировки. Возможно, наибольшая польза от использования биоптронной лампы - это минимальные побочные эффекты.

Лишь явление фотоэффекта показало, что свет имеет прерывистую структуру: излученная порция световой энергии Е = hv сохраняет свою индивидуальность и в дальнейшем. Поглотиться может только вся порция целиком.

Кинетическую энергию фотоэлектрона можно найти, применив закон сохранения энергии. Энергия порции света hv идет на совершение работы выхода А и на сообщение электрону кинетической энергии .

В литературе мы еще не встретили описания неблагоприятной реакции на терапию поляризованным светом. 8 9. Процесс постоянно повторяется и приводит к распространению волн в пространстве из заданного источника электромагнитных волн. Свет - один из видов электромагнитных волн, таких как рентгеновское излучение, гамма-излучение, ультрафиолетовое излучение, инфракрасное излучение или радиоволны. Эти отдельные типы излучения различаются по длине волны и частоте. Для света мы называем электромагнитное излучение, которое воспринимает человеческий глаз.

Следовательно,

Работа выхода - это минимальная энергия, которую надо сообщить электрону, чтобы он покинул металл. Уравнение (11.2) объясняет основные факты, касающиеся фотоэффекта. Интенсивность света, по Эйнштейну, пропорциональна числу квантов (порций) энергии hv в световом пучке и поэтому определяет число электронов, вырванных из металла. Скорость;е электронов согласно формуле (11.2) определяется только частотой света v и работой выхода А, зависящей от типа металла и состояния его поверхности. От интенсивности света скорость не зависит.

Каждая длина волны порождает различное зрительное восприятие, цвет света. Источниками света являются энергетические преобразования в атомах разных веществ. Атом может получать энергию, например, в виде тепла, света или электричества. Разумеется, вы слышали об электронах, циркулирующих в атоме вокруг своего ядра вдоль определенных путей. Под воздействием подаваемой энергии они могут перемещаться на расстояние от ядра. В этом состоянии они длится недолго, и через определенный промежуток времени электрон возвращается к исходному пути, а избыточная энергия испускается в виде света.

Для каждого вещества фотоэффект наблюдается лишь в том случае, если частота v света больше некоторого минимального значения V min . Ведь, чтобы вырвать электрон из металла даже без сообщения ему кинетической энергии, нужно совершить работу выхода А. Следовательно, энергия кванта должна быть больше этой работы:

Предельную частоту V min и предельную длину волны mах называют красной границей фотоэффекта. Они выражаются так:

Затем свет распространяется от источника света в волнах, как круги на поверхности воды. Линия, перпендикулярная волновой волне, указывает направление распространения света и называется световым лучом. Окружающая среда, в которой свет может распространяться, отличается в зависимости от ее оптических свойств. В прозрачной прозрачной среде отсутствует поглощение света, которое заставляет объект окрашиваться в дополнительный цвет поглощенной длины волны, и нет рассеяния света. Через прозрачную среду свет проходит, но он частично рассеивается.

где mах ( кр)- максимальная длина волны , при которой фотоэффект еще наблюдается. Это название появилось по аналогии со световыми волнами, так как максимальная длина волны видимого света соответствует красному цвету.

В непрозрачной среде свет сильно поглощается или вообще не может достичь его и отражается на поверхности. В зависимости от того, обладает ли оптическая среда одинаковыми оптическими свойствами в целом, мы говорим об однородной или неоднородной среде. Кожа непрозрачна и неоднородна. Свет распространяется в разных средах с разной скоростью. Когда свет падает на интерфейс двух разных оптических сред, происходит отражение света и преломление. Скорость света в нестабильной среде зависит от ее частоты.

Это явление называется световой дисперсией. Дисперсия света позволяет использовать белый свет, в котором свет всех частот представляется монохроматическим. Оптические призмы используются для разложения света. Спектр бахромы устроен так, что по крайней мере красная спектральная составляющая отклоняется и наиболее фиолетовая. Значительное проявление длин волн света, особенно в монохроматическом свете, является помехой. Явление состоит из компоновки разных вкладов Когерентный свет или свет с той же частотой лазерного излучения Некогерентный свет или свет с различными фазами света Биоптронные волны в данном месте.

Работа выхода А зависит от рода вещества. Поэтому и предельная частота Vmin фотоэффекта (красная граница) для разных веществ различна.

Третий закон фотоэффекта: для каждого вещества существует максимальная длина волны, при которой фотоэффект еще наблюдается. При больших длинах волн фотоэффекта нет.

Для цинка красной границе соответствует длина волны mах = 3,7 10 -7 м (ультрафполетовое излучение).

Его проявлением является возникновение интерференционной структуры. В монохроматическом свете интерференция проявляется в образовании светлых и темных полос, в белом свете, образовании радуги. Другим значительным проявлением длин волн света является дифракция или изгиб света. В результате свет не распространяется сразу, а также в область геометрической тени, созданной за препятствиями.

Естественный неполяризованный свет может быть поляризован различными способами: отражением, преломлением, двойным лучепреломлением или поляризационными фильтрами. В поляризации света двулучепреломлением используется анизотропия кристаллов, то есть разные скорости распространения света в разных направлениях. Монохромный свет всегда эллиптический. Частным случаем является круговая или линейная поляризация. В прикладной и технической оптике дихроичные поляризаторы пластиковых носителей часто используются для генерации поляризованного света, в котором существуют дихроичные кристаллы, которые проявляют различное поглощение для разного поляризованного направления света.

Именно этим объясняется опыт по прекращению фотоэффекта с помощью стеклянной пластинки, задерживающей ультрафполетовые лучи. Работа выхода у алюминия или железа больше, чем у цинка. У щелочных металлов работа выхода, напротив, меньше, а длина волны max , соответствующая красной границе, больше. Так, для натрия max = 6,8 10 -34 м.

Пользуясь уравнением Эйнштейна (11.2), можно найти постоянную Планка h. Для этого нужно экспериментально определить частоту света V, работу выхода А и измерить кинетическую энергию фотоэлектронов. Подобные измерения и расчеты дают h = 6,63 10 -34 Дж с. Точно такое же значение было найдено и самим Планком при теоретическом изучении совершенно другого явления - теплового излучения. Совпадение значений постоянной Планка, полученных различными методами, дополнительно подтверждает правильность предположения о прерывистом характере излучения и поглощения света веществом.

Уравнение Эйнштейна (11.2), несмотря на его кажущуюся простоту, объясняет основные закономерности фотоэффекта. Эйнштейн был удостоен Нобелевской премии за работы по теории фотоэффекта .


1. Какие факты свидетельствуют о наличии у света корпускулярных свойств!
2. Что такое красная граница фотоэффекта!

Мякишев Г. Я., Физика . 11 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый и профил. уровни / Г. Я. Мякишев, Б. В. Буховцев, В. М. Чаругин; под ред. В. И. Николаева, Н. А. Парфентьевой. - 17-е изд., перераб. и доп. - М. : Просвещение, 2008. - 399 с: ил.

Рефераты, домашняя работа по физике скачать , учебники скатать бесплатно, онлайн уроки, вопросы и ответы

Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные уроки