A kvantumfizika kezdete
A kvantummechanika leírja a mikrorészecskék mozgásának törvényszerűségeit, de mivel a testek tulajdonságait az alkotó részecskék tulajdonságai és kölcsönhatásai határozzák meg, a kvantummechanikát számos makroszkopikus jelenség, például a ferromágnesesség és a szupravezetés magyarázatára is használják. mint termonukleáris reakciók.
Planck állandója
1900-ban Planck német fizikus mutatta be először a kvantumötleteket a hősugárzás elméletéről szóló cikkben. Azt javasolta, hogy a fényt ne folyamatosan bocsássák ki, mint a klasszikus elmélet szerint, hanem az energia diszkrét részeiben - kvantum energiával ε, amelyet a képlet határoz meg: ε = hν, ahol v a frekvencia, és h = 6,62,10 -34 Js (Joule-másodperc) e Planck állandója. Planck-konstansnak alapvető jelentése van a kvantumelméletben, ez a klasszikus mechanika alkalmazhatóságának kritériuma: ha a figyelembe vett rendszer hatása jelentősen meghaladja a Planck-állandót, akkor a klasszikus mechanika a rendszer nagy pontosságú viselkedését írja le. Így a kvantummechanika a klasszikus mechanikát a makroobjektumokra érvényes speciális esetként tartalmazza.
A fotoelektromos hatás
A fotoelektromos effektus olyan jelenség, amelyben kellően kis hullámhosszú elektromágneses sugárzás, például látható vagy ultraibolya fény hatására elektronok bocsátódnak ki a megvilágított anyagból (fém, félvezetők). És a belső fotóhatás esetén térfogatában maradnak, csak növelik vezetőképességét.
A fotóhatást Heinrich Hertz fedezte fel 1887-ben, az ezt magyarázó törvényt Albert Einstein hozta létre 1905-ben, amiért Nobel-díjat kapott.
Mi érdekes ebben a hatásban és milyen problémát vetett fel a XIX. Század tudománya előtt?
- az elektronok a besugárzás után szinte azonnal megjelennek.
- a fotoelektromos hatás még a leghalványabb fénysugarak hatására is jelentkezik
- a besugárzó energia intenzitásának növelése nem változtatja meg a felszabaduló elektronok mennyiségét.
Mindez nyilvánvaló konfliktus a klasszikus képpel a fény elektronokkal való kölcsönhatásának. 1905-ben Einstein kidolgozta a fotoelektromos hatás elméletét, kifejlesztve Planck kvantumkoncepcióját. Einstein azzal érvelt, hogy a fény nemcsak emittálódik és elnyelődik, hanem egyes részekben, fénykvantumokban is terjed, amelyeket később fotonoknak neveznek. Einstein ezt az egyenletet írta le:
Compton hatás
1922-ben Compton amerikai fizikus felfedezett egy olyan hatást, amelyben az elektromágneses sugárzás, jelen esetben a fény, korpuszkuláris tulajdonságai megnyilvánultak. A kísérlet megmutatta, hogy az ismert hullámtulajdonságokkal, például a diffrakcióval együtt a fény részecskékből áll.
| A Compton-effektust frekvenciaváltozásnak nevezzük Δν vagy a Δλ hullámhossz fotonok, amikor azokat elektronok vagy nukleonok (az atommagot alkotó részecskék) szórják szét. A fotoelektromos hatás különbsége, hogy a foton nem adja át teljesen energiáját az anyag részecskéinek . | Illusztráció: HyperPhysics |
A Compton-effektus és a fotoelektromos effektus is a fotonok és az elektronok kölcsönhatásának köszönhető, az első esetben a foton szétszórt, a másodikban - elnyelődik. A szórás egy foton és egy szabad elektron, valamint a fotoeffektus - kötött elektronokkal való kölcsönhatásában történik.
A Bohr-atom. Kvantum ugrás
1913-ban Niels Bohr a kvantumötletet alkalmazta az atom klasszikus bolygómodelljén. Elképzelése szerint az atom semmiképp sem hasonlít a klasszikus mechanikai rendszerre, amely önkényesen kis adagokban képes felvenni az energiát, egyrészt a keskeny spektrális abszorpciós és sugárzási vonalak létezésének tényétől, másrészt pedig a fénykvantusok Einstein-hipotézisétől. másrészt Bohr azt javasolta, hogy az atom esetleg megtalálható legyen csak bizonyos diszkrét állandó állapotokban E0, E1, E2 energiával. Bizonyítja, hogy az elektron nem lehet semmilyen távolságban az atommagtól, de igen csak bizonyos rögzített pályákon stb. "megengedett pályák ". Amikor az elektronok az egyiken vannak megengedett pálya, gyorsulásuk ellenére nem bocsátanak ki. Minden szint megfelel egy bizonyos energiának. Bohr azt javasolta, hogy a pálya sugarának impulzus modulusának szorzata Planck állandójának többszöröse: