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क्वांटम भौतिकी: प्रकाश की क्वांटम गुण

क्या आपने कभी सोचा है कि आप क्या हैंवास्तव में, कई प्रकाश घटनाएं? उदाहरण के लिए, चलो एक फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव, गर्मी तरंगों, फोटोोकैमिक प्रक्रियाओं और जैसे - इन सभी प्रकाश की क्वांटम गुण लेते हैं। अगर उन्हें पता नहीं चला था, तो वैज्ञानिकों के कामों ने मृत अंत तक नहीं चलेगा, वास्तव में, वैज्ञानिक और तकनीकी प्रगति जैसे वे क्वांटम ऑप्टिक्स के अनुभाग में उनका अध्ययन करते हैं, जो भौतिक विज्ञान के उसी अनुभाग से जुड़ा हुआ है।

प्रकाश के क्वांटम गुण: शब्द की परिभाषा

हाल ही में जब तक, एक स्पष्ट और समझदार व्याख्याइस ऑप्टिकल घटना को नहीं दिया जा सका। वे विज्ञान और रोजमर्रा की जिंदगी में सफलतापूर्वक उपयोग किए गए थे, इसके आधार पर उन्होंने न केवल सूत्र तैयार किए, बल्कि भौतिक विज्ञान में भी पूरे कार्य। अंतिम परिभाषा को तैयार करना केवल आधुनिक वैज्ञानिकों द्वारा प्राप्त किया गया था, जिन्होंने अपने पूर्ववर्तियों के कार्य को अभिव्यक्त किया था। इसलिए, रोशनी की लहर और क्वांटम गुण इसके रेडियेटर की विशिष्टताओं का परिणाम हैं, जो परमाणु के इलेक्ट्रॉन हैं। क्वांटम (या फोटान) तथ्य यह है एक इलेक्ट्रॉन ऊर्जा के स्तर को कम करने के लिए, इस प्रकार विद्युत चुंबकीय दालों पैदा करने से चलता है कि की वजह से ही बना है।

प्रकाश की क्वांटम गुण

पहला ऑप्टिकल अवलोकन

धारणा है कि प्रकाश में क्वांटम गुण दिखाई देते हैं उन्नीसवीं सदी। वैज्ञानिकों ने विघटन, हस्तक्षेप और ध्रुवीकरण के रूप में इस तरह की घटनाओं की खोज की और अध्ययन किया है। उनकी मदद से, प्रकाश की विद्युत चुम्बकीय लहर सिद्धांत व्युत्पन्न हुआ। यह शरीर के दोलन के दौरान इलेक्ट्रॉनों की गति के त्वरण पर आधारित था। इस वजह से, हीटिंग हुई, हल्की तरंगों के बाद। इस खाते पर पहली लेखक की परिकल्पना का गठन अंग्रेज़ डी। रेलेय द्वारा किया गया था। उन्होंने विकिरण को समान और निरंतर तरंगों की एक प्रणाली के रूप में माना और एक बंद जगह में। अपने निष्कर्ष के अनुसार, घटते तरंग दैर्ध्य के साथ, उनकी शक्ति लगातार बढ़ती रहती है, इसके अलावा, पराबैंगनी और एक्स-रे तरंगों की आवश्यकता होती है। व्यवहार में, यह सब की पुष्टि नहीं हुई थी, और एक अन्य सैद्धांतिक ने काम किया।

लहर और प्रकाश की क्वांटम गुण

प्लैंक का सूत्र

बहुत शुरुआत में XX मैक्स प्लैंक जर्मन मूल के एक भौतिक विज्ञानी है - एक दिलचस्प परिकल्पना प्रस्तुत करें उनके अनुसार, विकिरण और प्रकाश का अवशोषण लगातार आगे नहीं बढ़ता, जैसा कि पहले सोचा था, लेकिन बैचों में - क्वांटा द्वारा, या, जैसा कि उन्हें फोटॉन भी कहा जाता है प्लैंक स्थिरांक पेश किया गया था - आनुपातिक गुणांक, पत्र द्वारा चिह्नित , और यह बराबर था 6.63 · 10-34जे एस प्रत्येक फोटान की ऊर्जा की गणना के लिए, एक और मात्रा की आवश्यकता थी - v क्या प्रकाश की आवृत्ति है प्लैंक स्थिरांक को आवृत्ति से गुणा किया जाता था, और परिणामस्वरूप, एकल फोटान की ऊर्जा प्राप्त की गई थी। तो जर्मन वैज्ञानिक ने एक सरल सूत्र में प्रकाश की क्वांटम गुणों को सही और सही तरीके से तय किया, जिसे पहले एच। हर्ट्ज द्वारा खोजा गया था और एक फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के रूप में उनके द्वारा निर्दिष्ट किया गया था।

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव खोलना

जैसा कि हमने पहले ही कहा है, वैज्ञानिक हाइनरिक हर्ट्ज थाप्रकाश की क्वांटम गुणों पर पहले ध्यान देने के लिए सबसे पहले, जो पहले नोट नहीं किए गए हैं 18 9 4 में फोटोईक्लेक्ट्रिक प्रभाव की खोज की गई, जब वैज्ञानिक ने ज्योतिष की रोशनी और विद्युतमंडल की छड़ी को जोड़ा। यदि प्लेट सकारात्मक चार्ज पर पहुंचती है, तो इलेक्ट्रोमीटर को डिस्चार्ज नहीं किया जाता है। अगर चार्ज नकारात्मक विकिरण कर रहा है, तो डिवाइस को निर्वहन करना शुरू हो जाता है, जैसे ही पराबैंगनी किरण प्लेट को मारता है। इस व्यावहारिक अनुभव के दौरान यह साबित हुआ कि प्रकाश के प्रभाव के तहत एक प्लेट नकारात्मक बिजली के आरोपों का उत्सर्जन कर सकती है, जिसे बाद में एक उपयुक्त नाम - इलेक्ट्रॉन प्राप्त हुआ।

प्रकाश फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव और इसके कानूनों की क्वांटम गुण

व्यावहारिक प्रयोगों Stoletova

इलेक्ट्रानों के साथ व्यावहारिक प्रयोग किया जाता हैरूसी शोधकर्ता अलेक्जेंडर स्टोलेटोव अपने प्रयोगों के लिए उन्होंने एक वैक्यूम ग्लास सिलेंडर और दो इलेक्ट्रोड का इस्तेमाल किया। एक इलेक्ट्रोड को ऊर्जा संचारित करने के लिए इस्तेमाल किया गया था, और दूसरा प्रबुद्ध था, और बैटरी का एक नकारात्मक ध्रुव इसके लिए लागू किया गया था। इस ऑपरेशन के दौरान, वर्तमान ताकत बढ़ने लगी, लेकिन थोड़ी देर बाद यह हल्का प्रवाह के विकिरण के लगातार और सीधे आनुपातिक हो गया। नतीजतन, यह पता चला कि गतिज ऊर्जा, साथ ही रिटाइटिंग इलेक्ट्रॉन वोल्टेज, प्रकाश विकिरण की शक्ति पर निर्भर नहीं करते हैं। लेकिन प्रकाश की आवृत्ति में वृद्धि से यह आंकड़ा बढ़ता है।

प्रकाश की नई क्वांटम गुण: फ़ोटोईलेक्ट्रिक प्रभाव और इसके कानून

हर्ट्स के सिद्धांत और स्टोलेटोव के अभ्यास के विकास के दौरान, तीन मूलभूत कानून व्युत्पन्न हुए, जिसके अनुसार, जैसा कि यह निकला, फोटॉन का कार्य:

1। शरीर की सतह पर गिरने वाले प्रकाश विकिरण की शक्ति सीधे संतृप्ति की ताकत के अनुपात में होती है।

2। प्रकाश विकिरण की शक्ति ने फोटोइलेक्ट्रॉनस की गतिज ऊर्जा को प्रभावित नहीं किया है, लेकिन प्रकाश की आवृत्ति उत्तरार्द्ध की रैखिक वृद्धि का कारण है।

3। एक प्रकार का "लाल सीमा फोटो प्रभाव है।" निचला रेखा यह है कि यदि किसी दिए गए पदार्थ के लिए आवृत्ति न्यूनतम प्रकाश की तुलना में कम है, तो फोटोईलेक्ट्रिक प्रभाव नहीं देखा जाता है।

दो सिद्धांतों के टकराव की कठिनाइयां

मैक्स प्लैंक, साइंस द्वारा अनुमानित सूत्र के बादएक दुविधा का सामना करना पड़ा पहले व्युत्पन्न लहर और प्रकाश की क्वांटम प्रॉपर्टी, जिसे बाद में पता चला था, आम तौर पर स्वीकार किए गए भौतिक नियमों के ढांचे के भीतर मौजूद नहीं हो सकता था। विद्युतचुंबकीय, पुराने सिद्धांत, शरीर के सभी इलेक्ट्रॉनों के अनुसार, जो प्रकाश में प्रवेश करती है, को समान आवृत्तियों पर मजबूर दोलन में आना चाहिए। यह असीम बड़ी गतिज ऊर्जा उत्पन्न करेगा, जो असंभव है इसके अलावा, ऊर्जा की जरूरी राशि जमा करने के लिए, दर्जनों मिनटों तक आराम करने के लिए आवश्यक इलेक्ट्रॉनों, जबकि फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की घटना व्यावहारिक रूप से थोड़ी सी देरी के बिना अभ्यास में मनाई जाती है। अतिरिक्त संभ्रम भी उभर आए क्योंकि फोटोएक्लटर की ऊर्जा प्रकाश विकिरण की शक्ति पर निर्भर नहीं करती थी। इसके अलावा, फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की लाल सीमा अभी तक खोजी नहीं गई है, न कि इलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा की प्रकाश आवृत्ति की गणना की गणना की गई है। पुराने सिद्धांत आंख को दिखाई देने वाली भौतिक घटनाओं को स्पष्ट रूप से समझा नहीं सकता था, और नए को अभी तक पूरी तरह से काम नहीं किया गया था।

प्रकाश की लहर और क्वांटम गुणों की प्रकृति

अल्बर्ट आइंस्टीन के तर्कवाद

केवल 1 9 05 में शानदार भौतिक विज्ञानी ए आइंस्टीन ने अभ्यास में खुलासा किया और सिद्धांत में स्पष्ट रूप से तैयार किया है कि यह क्या है - प्रकाश की वास्तविक प्रकृति वेव और क्वांटम प्रॉपर्टी, जिनकी दो विपरीत धारणाओं की मदद से पता चला, समान भागों में फोटॉनों में निहित हैं। पूर्णता के लिए, तस्वीर में केवल अनिच्छेदन के सिद्धांत का अभाव था, अर्थात अंतरिक्ष में क्वांटा का सटीक स्थान। प्रत्येक क्वांटम एक कण है जिसे पूरे रूप में अवशोषित या विकीर्ण किया जा सकता है। एक इलेक्ट्रॉन, अपने अंदर एक फोटान को "निगलने", अवशोषित कण की ऊर्जा के मूल्य से उसका प्रभार बढ़ाता है। इसके अलावा, फोटोकैथोड के अंदर इलेक्ट्रॉन अपनी सतह पर चलता है, जबकि ऊर्जा का एक "डबल भाग" बनाए रखता है, जो उत्पादन में कैनेटीक्स में बदल जाता है। इस तरह के एक सरल तरीके से, एक फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव महसूस होता है, जिसमें कोई विलंब प्रतिक्रिया नहीं होती है फिनिश लाइन पर, इलेक्ट्रॉन खुद की एक मात्रा जारी करता है, जो शरीर की सतह पर पड़ता है, इससे भी अधिक ऊर्जा पैदा होती है। रिलीज़ किए गए फोटॉनों की जितनी अधिक संख्या में - क्रमशः अधिक शक्तिशाली विकिरण, और प्रकाश की लहर बढ़ने के दोलन।

प्रकाश की क्वांटम गुण घटना में प्रकट होती हैं

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के सिद्धांत के आधार पर सरलतम उपकरण

जर्मन वैज्ञानिकों द्वारा किए गए खोजों के बादबीसवीं शताब्दी की शुरुआत, विभिन्न उपकरणों के निर्माण के लिए प्रकाश की क्वांटम गुणों का सक्रिय प्रयोग शुरू हुआ। आविष्कार, जिनके सिद्धांत कार्रवाई में फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव में हैं, को फोटोकल्स कहा जाता है, जिनमें से सबसे आसान वैक्यूम एक है। इसकी कमियों में कमजोर वर्तमान चालकता, लंबी तरंगों के विकिरण को कम संवेदनशीलता कहा जा सकता है, क्योंकि मौजूदा सर्किटों को बारीक करने में इसका उपयोग नहीं किया जा सकता है। वैक्यूम डिवाइस को व्यापक रूप से फोटमिति में प्रयोग किया जाता है, यह प्रकाश की चमक और गुणवत्ता को मापता है। यह फोटोनफोन में और ध्वनि प्रजनन की प्रक्रिया में भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

कंडक्टर कार्यों के साथ फोटोकल्स

यह एक पूरी तरह से अलग प्रकार का साधन है, पर आधारित हैजो प्रकाश की क्वांटम गुण झूठ बोलते हैं उनका उद्देश्य मौजूदा वाहकों की एकाग्रता को बदलना है इस घटना को कभी-कभी एक आंतरिक फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव कहा जाता है, और यह फोटोरिसिस्टर्स का आधार बनाता है। ये अर्धचालक हमारे दैनिक जीवन में बहुत महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। वे पहली बार रेट्रो कारों में इस्तेमाल किया गया था। फिर उन्होंने इलेक्ट्रॉनिक्स और बैटरी का काम प्रदान किया। बीसवीं सदी के मध्य में, ऐसे फोटोकल्स का इस्तेमाल अंतरिक्ष यान के निर्माण के लिए किया जा रहा था। अब तक, मेट्रो, पोर्टेबल कैलकुलेटर और सौर पैनलों में आंतरिक फोटोइलेक्ट्रिक इफेक्ट टर्नस्टाइल की वजह से।

प्रकाश के क्वांटम गुणों के आवेदन

Photochemical प्रतिक्रियाओं

प्रकाश, जिसकी प्रकृति केवल आंशिक रूप से ही हैबीसवीं सदी में विज्ञान के लिए सुलभ, वास्तव में रासायनिक और जैविक प्रक्रियाओं को प्रभावित करता है क्वांटम प्रवाह के प्रभाव के तहत, अणुओं के पृथक्करण की प्रक्रिया शुरू होती है और उनके परमाणुओं के साथ विलय हो जाता है। विज्ञान में, इस घटना को फोटोकैमिस्ट्री कहा जाता है, और प्रकृति में, इसकी अभिव्यक्तियों में से एक प्रकाश संश्लेषण है। यह कोशिकाओं में हल्की तरंगों के कारण होता है जो प्रक्रियाओं को कुछ पदार्थों को अंतराल अंतरिक्ष में जारी करने के लिए किया जाता है, जिसके कारण पौधे एक हरे रंग की टिंट का अधिग्रहण करता है।

प्रकाश की धारणा

प्रकाश के क्वांटम गुण भी मानव को प्रभावित करते हैंदृष्टि। आंख की रेटिना पर पहुंचने पर, फोटान प्रोटीन अणु के विघटन की प्रक्रिया को भड़काने लगता है। यह जानकारी मस्तिष्क में न्यूरॉन्स के माध्यम से ले जाई जाती है, और इसकी प्रसंस्करण के बाद हम सब कुछ प्रकाश के नीचे देख सकते हैं अंधेरे की शुरुआत के साथ, प्रोटीन अणु को बहाल किया जाता है, और दृष्टि नई स्थितियों से युक्त होती है

परिणाम

इस लेख के दौरान, हमें पता चला है कि मुख्यप्रकाश की क्वांटम गुण तस्वीर इलैक्ट्रीक प्रभाव नामक एक घटना में प्रकट होते हैं। प्रत्येक फोटोन का अपना चार्ज और द्रव्यमान होता है, और इसके अंदर एक इलेक्ट्रॉन के साथ टकरा जाता है। क्वांटम और इलेक्ट्रॉन एक बन जाते हैं, और उनकी संयुक्त ऊर्जा को गतिज ऊर्जा में परिवर्तित कर दिया जाता है, जो कि फोटोईक्लेक्ट्रिक प्रभाव की प्राप्ति के लिए आवश्यक है। वेव दोलन फोटान द्वारा उत्पादित ऊर्जा को बढ़ा सकता है, लेकिन केवल एक निश्चित मूल्य तक।

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव अब अपरिहार्य हैअधिकांश प्रकार के उपकरणों का घटक यह अंतरिक्ष लाइनर्स और उपग्रहों पर आधारित है, सौर बैटरी विकसित करता है, और सहायक ऊर्जा के स्रोत के रूप में प्रयोग किया जाता है। इसके अलावा, प्रकाश तरंगों का पृथ्वी पर रासायनिक और जैविक प्रक्रियाओं पर बहुत बड़ा प्रभाव पड़ता है। साधारण सूर्य के प्रकाश के कारण, पौधों को हरा हो जाता है, पृथ्वी के वायुमंडल नीले रंग की पूरी पैलेट में चित्रित होते हैं, और हम दुनिया को जैसे ही देखते हैं।

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