Welke formule bepaalt de massa van een foton. Fotonentheorie van licht

In de moderne interpretatie stelt de kwantumhypothese dat de energie E trillingen van een atoom of molecuul kunnen gelijk zijn aan H v, 2 H v, 3 Hν, etc., maar er zijn geen oscillaties met energie tussen twee opeenvolgende gehele veelvouden van . Dit betekent dat energie niet continu is, zoals al eeuwen wordt aangenomen, maar gekwantiseerd , d.w.z. bestaat alleen in strikt gedefinieerde discrete porties. Het kleinste deel heet energie kwantum . De kwantumhypothese kan ook worden geformuleerd als een stelling dat trillingen op atomair-moleculair niveau bij geen enkele amplitude optreden. Toegestane amplitudewaarden zijn gerelateerd aan de oscillatiefrequentie ν .

In 1905 bracht Einstein een gedurfd idee naar voren dat de hypothese van quanta generaliseerde en aan de basis legde nieuwe theorie licht (kwantumtheorie van het foto-elektrisch effect). Volgens de theorie van Einstein , licht met frequentieν Niet alleen uitgezonden, zoals Planck suggereerde, maar ook plant zich voort en wordt in afzonderlijke porties door de stof opgenomen (quanta), wiens energie. De voortplanting van licht moet dus niet worden beschouwd als een continu golfproces, maar als een stroom van discrete lichtquanta gelokaliseerd in de ruimte, die beweegt met de snelheid van de voortplanting van licht in vacuüm ( Met). Quantum electromagnetische straling Was genaamd foton .

Zoals we al zeiden, komt de emissie van elektronen van het oppervlak van een metaal onder invloed van straling die erop invalt overeen met het concept van licht als een elektromagnetische golf, omdat elektrisch veld De elektromagnetische golf beïnvloedt de elektronen in het metaal en trekt er enkele uit. Maar Einstein vestigde de aandacht op het feit dat de details van het foto-elektrisch effect voorspeld door de golftheorie en de foton (quantum corpusculaire) lichttheorie aanzienlijk uiteenlopen.

We kunnen dus de energie van het uitgezonden elektron meten, gebaseerd op de golf- en fotonentheorie. Om de vraag te beantwoorden welke theorie de voorkeur heeft, laten we eens kijken naar enkele details van het foto-elektrisch effect.

Laten we beginnen met de golftheorie, en veronderstel dat de plaat wordt verlicht met monochromatisch licht. De lichtgolf wordt gekenmerkt door de parameters: intensiteit en frequentie(of golflengte). De golftheorie voorspelt dat wanneer deze kenmerken veranderen, de volgende verschijnselen optreden:

· bij toenemende lichtintensiteit zou het aantal uitgestoten elektronen en hun maximale energie moeten toenemen, omdat hogere lichtintensiteit betekent grotere amplitude elektrisch veld, en een sterker elektrisch veld trekt elektronen met meer energie naar buiten;

uitgeworpen elektronen; de kinetische energie hangt alleen af ​​van de intensiteit van het invallende licht.

Heel anders wordt voorspeld door de fotonen (corpusculaire) theorie. Allereerst merken we op dat in een monochromatische bundel alle fotonen dezelfde energie hebben (gelijk aan H v). Een toename van de intensiteit van een lichtbundel betekent een toename van het aantal fotonen in de bundel, maar heeft geen invloed op hun energie als de frequentie ongewijzigd blijft. Volgens de theorie van Einstein wordt een elektron van het oppervlak van een metaal uitgestoten wanneer een enkel foton ermee in botsing komt. In dit geval wordt alle energie van het foton overgedragen aan het elektron en houdt het foton op te bestaan. Omdat elektronen worden door aantrekkingskrachten in het metaal vastgehouden, de minimale energie is nodig om een ​​elektron uit het oppervlak van het metaal te slaan EEN(die de werkfunctie wordt genoemd en voor de meeste metalen een waarde is in de orde van enkele elektronvolts). Als de frequentie ν van het invallende licht klein is, dan is de energie en energie van het foton niet voldoende om een ​​elektron uit het oppervlak van het metaal te slaan. Als , dan vliegen de elektronen uit het oppervlak van het metaal, en energie in dit proces wordt bewaard, d.w.z. foton energie ( Hν) is gelijk aan de kinetische energie van het uitgeworpen elektron plus de arbeid om het elektron uit het metaal te slaan:

(2.3.1)

Vergelijking (2.3.1) heet Einstein's vergelijking voor het externe foto-elektrische effect.

Op basis van deze overwegingen voorspelt de fotonen (corpusculaire) lichttheorie het volgende.

1. Een toename van de lichtintensiteit betekent een toename van het aantal invallende fotonen, die meer elektronen van het oppervlak van het metaal uitschakelen. Maar aangezien de energie van de fotonen hetzelfde is, zal de maximale kinetische energie van het elektron niet veranderen ( bevestigd I foto-elektrische wet).

2. Bij een toename van de frequentie van het invallende licht neemt de maximale kinetische energie van de elektronen lineair toe volgens de Einstein-formule (2.3.1). ( Bevestiging II foto-elektrisch effect wet). De grafiek van deze afhankelijkheid wordt getoond in Fig. 2.3.

,

Rijst. 2.3

3. Als de frequentie ν kleiner is dan de kritische frequentie , dan is er geen uitstoot van elektronen van het oppervlak (III wet).

We zien dus dat de voorspellingen van de corpusculaire (fotonen) theorie heel anders zijn dan de voorspellingen van de golftheorie, maar ze komen heel goed overeen met de drie experimenteel vastgestelde wetten van het foto-elektrisch effect.

De vergelijking van Einstein werd bevestigd door de experimenten van Millikan in 1913-1914. Het belangrijkste verschil met het experiment van Stoletov is dat het metalen oppervlak in een vacuüm werd gereinigd. De afhankelijkheid van de maximale kinetische energie van de frequentie werd bestudeerd en de constante van Planck werd bepaald H.

In 1926 stelden de Russische natuurkundigen P.I. Lukirsky en S.S. Prilezhaev gebruikte de methode van een bolvormige vacuümcondensator om het foto-elektrisch effect te bestuderen. De anode was de verzilverde wanden van een glazen bolvormige container en de kathode was een bal ( R≈ 1,5 cm) van het onderzochte metaal in het midden van de bol geplaatst. Deze vorm van de elektroden maakte het mogelijk om de helling van de CVC te vergroten en daardoor de vertragingsspanning nauwkeuriger te bepalen (en bijgevolg H). De waarde van de constante van Planck H verkregen uit deze experimenten komt overeen met de waarden gevonden met andere methoden (door black-body-straling en door de korte-golflengtegrens van het continue röntgenspectrum). Dit alles is het bewijs van de juistheid van de vergelijking van Einstein en tegelijkertijd van zijn kwantumtheorie van het foto-elektrisch effect.

Om thermische straling te verklaren, ging Planck ervan uit dat licht in quanta wordt uitgezonden. Toen Einstein het foto-elektrisch effect uitlegde, suggereerde hij dat licht wordt geabsorbeerd door quanta. Einstein suggereerde ook dat licht zich voortplant in quanta, d.w.z. porties. Het kwantum van lichtenergie heet foton . Die. kwam weer tot het concept van een bloedlichaampje (deeltje).

De meest directe bevestiging van de hypothese van Einstein kwam van het experiment van Bothe, dat gebruikmaakte van de toevalsmethode (Fig. 2.4).

Rijst. 2.4

Dunne metaalfolie F geplaatst tussen twee gasontladingstellers midden. De folie werd verlicht met een zwakke bundel röntgenstralen, onder invloed waarvan het zelf een bron van röntgenstralen werd (dit fenomeen wordt röntgenfluorescentie genoemd). Door de lage intensiteit van de primaire bundel was het aantal door de folie uitgezonden quanta klein. Toen quanta de toonbank raakte, werkte het mechanisme en werd er een markering gemaakt op de bewegende papieren tape. Als de uitgestraalde energie gelijkmatig in alle richtingen was verdeeld, zoals blijkt uit golfrepresentaties, zouden beide tellers gelijktijdig hebben gewerkt en zouden de markeringen op de band tegen elkaar zijn gevallen. In feite was er een volledig willekeurige rangschikking van tekens. Dit kan alleen worden verklaard door het feit dat in afzonderlijke emissiehandelingen lichte deeltjes ontstaan, die eerst in de ene richting vliegen en vervolgens in de andere. Dus het bestaan ​​van speciale lichtdeeltjes - fotonen werd experimenteel bewezen.

Foton heeft energie . Voor zichtbaar licht is de golflengte λ = 0,5 µm en de energie E= 2,2 eV, voor röntgenstralen λ = μm en E= 0,5 eV.

Een foton heeft een traagheidsmassa , die kan worden gevonden uit de relatie:

;

(2.3.2)

Een foton beweegt met de snelheid van het licht C\u003d 3 10 8 m / s. Laten we deze snelheidswaarde vervangen door de uitdrukking voor de relativistische massa:

.

Een foton is een deeltje dat geen rustmassa heeft. Het kan alleen bestaan ​​door met de snelheid van het licht te bewegen c .

Laten we de relatie tussen energie en momentum van een foton vinden.

We kennen de relativistische uitdrukking voor momentum:

.

(2.3.3)

En voor energie:

.

(2.3.4)

Het foton is een massaloos deeltje en kan alleen in vacuüm bestaan. Het heeft ook geen elektrische eigenschappen, dat wil zeggen dat de lading nul is. Afhankelijk van de context van beschouwing zijn er verschillende interpretaties van de fotonbeschrijving. Klassiek (elektrodynamica) stelt het voor als een elektromagnetische golf met circulaire polarisatie. Het foton vertoont ook de eigenschappen van een deeltje. Zo'n tweeledig idee ervan wordt corpusculair-golf-dualisme genoemd. Aan de andere kant beschrijft kwantumelektrodynamica een fotondeeltje als een ijkboson waarmee men een elektromagnetische interactie kan vormen.

Van alle deeltjes van het heelal heeft het foton het maximale aantal. De spin (intrinsiek mechanisch moment) van een foton is gelijk aan één. Ook kan een foton zich maar in twee kwantumtoestanden bevinden, waarvan er één een spinprojectie in een bepaalde richting heeft die gelijk is aan -1, en de andere gelijk is aan +1. Deze kwantumeigenschap van een foton wordt weerspiegeld in zijn Klassieke Weergave als de dwarsrichting van een elektromagnetische golf. De rustmassa van een foton is nul, wat de voortplantingssnelheid impliceert, die gelijk is aan de lichtsnelheid.

Een fotondeeltje heeft geen elektrische eigenschappen (lading) en is vrij stabiel, dat wil zeggen, een foton kan niet spontaan vervallen in vacuüm. Dit deeltje wordt uitgezonden in veel fysieke processen, bijvoorbeeld wanneer een elektrische lading met versnelling beweegt, evenals energiesprongen in de kern van een atoom of het atoom zelf van de ene toestand naar de andere. Een foton kan ook worden geabsorbeerd in de omgekeerde processen.

Golf-deeltje dualiteit van een foton

Het corpusculaire-golf-dualisme dat inherent is aan het foton komt tot uiting in tal van fysieke experimenten. Fotonische deeltjes nemen deel aan golfprocessen als diffractie en interferentie, wanneer de afmetingen van obstakels (sleuven, diafragma's) vergelijkbaar zijn met de grootte van het deeltje zelf. Dit is vooral merkbaar bij experimenten met de diffractie van enkele fotonen door een enkele spleet. Ook komt de punt- en corpusculaire aard van een foton tot uiting in de processen van absorptie en emissie door objecten waarvan de afmetingen veel kleiner zijn dan de golflengte van het foton. Maar aan de andere kant is de weergave van een foton als deeltje ook niet compleet, omdat deze wordt weerlegd door correlatie-experimenten op basis van verstrengelde toestanden van elementaire deeltjes. Daarom is het gebruikelijk om een ​​fotondeeltje ook als een golf te beschouwen.

Gerelateerde video's

bronnen:

• Photon 1099: alles over de auto

Het belangrijkste quantum nummer is het geheel nummer, wat de definitie is van de toestand van het elektron op energieniveau. Een energieniveau is een reeks stationaire toestanden van een elektron in een atoom met nauwe energiewaarden. Het belangrijkste quantum nummer bepaalt de afstand van het elektron tot de kern, en karakteriseert de energie van de elektronen die dit niveau bezetten.

De reeks getallen die de toestand karakteriseren, worden kwantumgetallen genoemd. De golffunctie van een elektron in een atoom, zijn unieke toestand wordt bepaald door vier kwantumgetallen - de belangrijkste, magnetische, orbitaal en milt - het bewegingsmoment van het elementaire, uitgedrukt in kwantitatieve termen. Het belangrijkste quantum nummer heeft n. Als het hoofdkwantum nummer neemt toe, dan nemen zowel de baan als de energie van het elektron dienovereenkomstig toe. Hoe kleiner de waarde van n, hoe meer waarde energie-interactie van het elektron. Als de totale energie van elektronen minimaal is, wordt de toestand van het atoom unexcited of ground genoemd. De toestand van een atoom met hoge waarde energie heet opgewonden. Op het hoogste niveau nummer elektronen kunnen worden bepaald met de formule N = 2n 2. Wanneer een elektron van het ene energieniveau naar het andere gaat, is het hoofdkwantum nummer In de kwantumtheorie is de bewering dat de energie van een elektron gekwantiseerd is, dat wil zeggen dat het alleen discrete, bepaalde waarden kan aannemen. Om de toestand van een elektron in een atoom te kennen, moet rekening worden gehouden met de energie van het elektron, de vorm van de elektronica en andere parameters. uit de omgeving natuurlijke getallen, waarbij n gelijk kan zijn aan 1 en 2, en 3 enzovoort, het hoofdkwantum nummer elke waarde kan aannemen. In de kwantumtheorie worden energieniveaus aangegeven met letters, de waarde van n met cijfers. Het nummer van de periode waarin het element zich bevindt is gelijk aan het aantal energieniveaus in het atoom, dat zich in de grondtoestand bevindt. Alle energieniveaus zijn opgebouwd uit subniveaus. Het subniveau bestaat uit atomaire orbitalen, die worden bepaald, gekenmerkt door het hoofdkwantum nummer m n, orbitaal nummer m l en kwantum nummer mml. Het aantal subniveaus van elk niveau is niet groter dan de waarde n. De Schrödingergolfvergelijking is de handigste elektronische structuur van het atoom.

De kwantumfysica is een enorme stimulans geworden voor de ontwikkeling van de wetenschap in de 20e eeuw. Een poging om de interactie van de kleinste deeltjes op een heel andere manier te beschrijven, met behulp van kwantummechanica, toen sommige problemen van de klassieke mechanica al onoplosbaar leken, zorgde voor een echte revolutie.

Redenen voor de opkomst van de kwantumfysica

Natuurkunde - het beschrijven van de wetten waardoor de wereld functioneert. Newtoniaans, of klassiek, ontstond in de middeleeuwen en de vereisten ervan waren al in de oudheid te zien. Het verklaart perfect alles wat er gebeurt op een schaal die door een persoon wordt waargenomen zonder extra meetinstrumenten. Maar mensen werden geconfronteerd met veel tegenstrijdigheden toen ze de micro- en macrokosmos begonnen te bestuderen, om te ontdekken hoe kleine deeltjes, waaruit de substantie bestaat, en de gigantische sterrenstelsels die de Melkweg omringen, afkomstig van de mens. Het bleek dat klassieke natuurkunde niet voor alles geschikt is. Dit is hoe de kwantumfysica verscheen - wetenschap, kwantummechanische en kwantumveldsystemen. Techniek voor de studie van kwantumfysica is kwantummechanica en kwantumveldentheorie. Ze worden ook gebruikt in andere verwante takken van de natuurkunde.

De belangrijkste bepalingen van de kwantumfysica, in vergelijking met de klassieke

Voor wie het nog maar net leert kennen kwantumfysica, lijken de bepalingen ervan vaak onlogisch of zelfs absurd. Als we er echter dieper op ingaan, is het al veel gemakkelijker om de logica te traceren. De eenvoudigste manier om de basisprincipes van de kwantumfysica te leren, is door deze te vergelijken met de klassieke natuurkunde.

Als in de klassieke oudheid wordt aangenomen dat de natuur onveranderlijk is, hoe wetenschappers het ook beschrijven, dan zal in de kwantumfysica het resultaat van waarnemingen sterk afhangen van welke meetmethode wordt gebruikt.

Volgens de wetten van de Newtoniaanse mechanica, die de basis vormen van de klassieke fysica, heeft een deeltje (of een materieel punt) op elk moment een bepaalde positie en snelheid. Dit is niet het geval in de kwantummechanica. Het is gebaseerd op het principe van superpositie van afstanden. Dat wil zeggen, als een kwantumdeeltje zich in de ene en de andere toestand kan bevinden, dan kan het ook in de derde toestand zijn - de som van de twee voorgaande (dit wordt een lineaire combinatie genoemd). Daarom is het onmogelijk om precies te bepalen waar het deeltje op een bepaald moment zal zijn. Je kunt alleen de kans berekenen dat ze ergens is.

Als het in de klassieke natuurkunde mogelijk is om het traject van de beweging van een fysiek lichaam te construeren, dan is het in de kwantumfysica alleen een kansverdeling die in de tijd zal veranderen. In dit geval ligt het verdelingsmaximum altijd daar waar het door de klassieke mechanica wordt bepaald! Dit is erg belangrijk, omdat het enerzijds toelaat om het verband tussen klassieke en kwantummechanica te traceren, en anderzijds laat zien dat ze elkaar niet tegenspreken. We kunnen zeggen dat de klassieke fysica een speciaal geval van kwantum is.

Waarschijnlijkheid in de klassieke natuurkunde verschijnt wanneer sommige eigenschappen van een object onbekend zijn voor de onderzoeker. In de kwantumfysica is waarschijnlijkheid fundamenteel en altijd aanwezig, ongeacht de mate van onwetendheid.

In de klassieke mechanica zijn alle waarden van energie en snelheid voor een deeltje toegestaan, en in de kwantummechanica zijn alleen bepaalde waarden, "gekwantiseerd", toegestaan. Ze worden eigenwaarden genoemd, die elk hun eigen toestand hebben. Een kwantum is een "deel" van een hoeveelheid die niet in componenten kan worden verdeeld.

Een van de fundamentele principes van de kwantumfysica is het onzekerheidsprincipe van Heisenberg. Het gaat erom dat het niet mogelijk zal zijn om tegelijkertijd zowel de snelheid als de positie van het deeltje te achterhalen. Er kan maar één ding worden gemeten. Bovendien, hoe beter het apparaat de snelheid van het deeltje meet, hoe minder het weet over zijn positie en vice versa.

Het feit is dat om een ​​deeltje te meten, je er "naar moet kijken", dat wil zeggen een lichtdeeltje in zijn richting sturen - een foton. Dit foton, waarvan de onderzoeker alles weet, zal botsen met het gemeten deeltje en zijn eigen en eigenschappen veranderen. Dit is ongeveer hetzelfde als het meten van de snelheid van een rijdende auto, een andere auto ernaartoe sturen met een bekende snelheid, en dan, met behulp van de gewijzigde snelheid en traject van de tweede auto, de eerste onderzoeken. In de kwantumfysica worden objecten zo klein bestudeerd dat zelfs fotonen - lichtdeeltjes - hun eigenschappen veranderen.

Foton is een elementair deeltje, een kwantum van elektromagnetische straling.

Fotonenergie: ε = hv, waarbij h = 6,626 10 -34 J s de constante van Planck is.

Fotonenmassa: m = h·v/c 2 . Deze formule wordt verkregen uit de formules

ε = hv en ε = m c 2 . De massa, gedefinieerd door de formule m = h·v/c 2 , is de massa van het bewegende foton. Een foton heeft geen rustmassa (m 0 = 0), omdat het in rust niet kan bestaan.

Fotonenmomentum: Alle fotonen bewegen met een snelheid c = 3·10 8 m/s. Het is duidelijk dat het momentum van het foton P = m c is, wat impliceert dat

P = hv/c = h/λ.

4. Extern foto-elektrisch effect. Volt-ampère kenmerk van het foto-elektrisch effect. de wetten van Stoletov. Einsteins vergelijking

Het externe foto-elektrische effect is het fenomeen van de emissie van elektronen door een stof onder invloed van licht.

De afhankelijkheid van de stroom van de spanning in het circuit wordt de stroom-spanningskarakteristiek van de fotocel genoemd.

1) Het aantal foto-elektronen N'e dat per tijdseenheid uit de kathode ontsnapt, is evenredig met de intensiteit van het licht dat op de kathode valt (de wet van Stoletov). Of anders gezegd: de verzadigingsstroom is evenredig met het vermogen van de op de kathode invallende straling: Ń f = P/ε f.

2) De maximale snelheid Vmax die een elektron heeft bij de uitgang van de kathode hangt alleen af ​​van de frequentie van het licht ν en niet van de intensiteit ervan.

3) Voor elke stof is er een grensfrequentie van licht ν 0, waaronder het foto-elektrisch effect niet wordt waargenomen: v 0 = A uit / h. De vergelijking van Einstein: ε = A out + mv 2 max /2, waarbij ε = hv de energie is van het geabsorbeerde foton, A out is de werkfunctie van het elektron uit de stof, mv 2 max / 2 is de maximale kinetische energie van het uitgezonden elektron.

De vergelijking van Einstein is in feite een van de vormen van het schrijven van de wet van behoud van energie. De stroom in de fotocel stopt als alle uitgezonden foto-elektronen vertragen voordat ze de anode bereiken. Om dit te doen, is het noodzakelijk om een ​​omgekeerde (vertragings) spanning u op de fotocel aan te brengen, waarvan de waarde ook wordt gevonden uit de wet van behoud van energie:

|e|u s = mv 2 max /2.

5. Lichte druk

Lichtdruk is de druk die wordt uitgeoefend door licht dat op het oppervlak van een lichaam valt.

Als we licht beschouwen als een stroom fotonen, dan moeten volgens de principes van de klassieke mechanica, wanneer deeltjes een lichaam raken, ze momentum overbrengen, met andere woorden, druk uitoefenen. Deze druk wordt ook wel stralingsdruk genoemd. Om de lichte druk te berekenen, kunt u de volgende formule gebruiken:

P = W/k(1+ P), waarbij W de hoeveelheid stralingsenergie is die normaal in 1 s op 1 m 2 van het oppervlak invalt; c is de snelheid van het licht, P- reflectiecoëfficiënt.

Valt het licht onder een hoek met de normaal, dan kan de druk worden uitgedrukt met de formule:

6. Compton - effect en de verklaring ervan

Het Compton-effect (Compton-effect) is het fenomeen van het veranderen van de golflengte van elektromagnetische straling vanwege de verstrooiing door elektronen.

Voor verstrooiing door een elektron in rust is de frequentie van het verstrooide foton:

waar is de verstrooiingshoek (de hoek tussen de richtingen van fotonvoortplanting voor en na verstrooiing).

De Compton-golflengte is een lengtedimensieparameter die karakteristiek is voor relativistische kwantumprocessen.

λ C \u003d h / m 0 e c \u003d 2,4 ∙ 10 -12 m - de Compton-golflengte van het elektron.

Een verklaring van het Compton-effect is onmogelijk binnen het kader van de klassieke elektrodynamica. Vanuit het gezichtspunt van de klassieke natuurkunde is een elektromagnetische golf een continu object en mag de golflengte niet veranderen als gevolg van verstrooiing door vrije elektronen. Het Compton-effect is een direct bewijs van de kwantisering van een elektromagnetische golf, met andere woorden bevestigt het bestaan ​​van een foton. Het Compton-effect is een ander bewijs van de geldigheid van het corpusculaire-golf-dualisme van microdeeltjes.

Minder dan een atoom

Een foton is een subnucleair micro-object dat niet in zijn samenstellende delen kan worden verdeeld. Het heeft geen eigen massa en is elektrisch neutraal. Het is het kleinste, ondeelbare deeltje van elektromagnetische straling. foton

reist met de snelheid van het licht en bestaat alleen in beweging. Het is onmogelijk om hem te stoppen. Zijn rustmassa is nul, dus hij beweegt met de lichtsnelheid of bestaat helemaal niet. Hij kan niet buiten beweging zijn. Volgens sommige wetenschappers is een foton geen deeltje, maar een elektromagnetische golf. Deze mening is echter controversieel.

Over de aard van licht

De eerste wetenschapper die op het idee kwam dat licht uit de kleinste onzichtbare deeltjes bestaat, was de Arabische ambtenaar Abu al-Haytham. Hij verwoordde dit idee in 1021 in zijn Book of Optics. Honderden jaren later, in 1873, zorgde Maxwell, een Britse wetenschapper, voor een revolutie op dit gebied. Hij kwam tot de conclusie dat licht elektromagnetische golven zijn. Toegegeven, in die tijd was zijn theorie in sommige opzichten

kwam niet overeen met de werkelijkheid. Verder, toen hij verschillende elektromagnetische verschijnselen bestudeerde, kwam hij tot een andere logische conclusie. Zijn belangrijkste ontdekking was dat licht onvermijdelijk druk uitoefent op een obstakel. Dit fenomeen is gebaseerd op het feit dat bewegende fotonen hun momentum doorgeven aan de moleculen of atomen die ze onderweg tegenkomen. Deze bewering van Maxwell werd bevestigd door N.P. Lebedev. Het momentum van een foton is gelijk aan de verhouding van de constante van Planck tot de golflengte van het licht. Dit kan worden uitgedrukt met de formule p=h/λ.

Met behulp van ... fotonen

Het is mogelijk dat de mensheid na verloop van tijd volledig overschakelt naar de nieuwe soort een energiebron die veel goedkoper en efficiënter zal zijn dan gas, olie of kolen. Het volstaat te zeggen dat het al bijna overal is. Het zal onder meer onmogelijk zijn om deze energiebron te monopoliseren, wat veel voordelen zal opleveren ten opzichte van het gebruik van gas, elektriciteit, enz. Wat is het? Dit is de energie van een foton. Nu al wordt het gebruikt met behulp van zonne-energie

batterijen. De energie van een foton is het product van de constante van Planck en de stralingsfrequentie. Via de formule kan dit als volgt worden uitgedrukt: e=hv. De letter v geeft in dit geval de frequentie van het foton aan. Dikte zonnestraling op grondniveau is ongeveer duizend watt per vierkante meter. Deze krachtige en continue stroom fotonen afkomstig van de ster die het dichtst bij onze planeet staat, kan worden omgezet in elektrische energie. Op welke manier? Stel je een plat vierkant met afgeschuinde hoeken voor, gemaakt van silicium, met een diameter van meestal 12,5 cm.Dit is de fotovoltaïsche omvormer. Het kan mono- of multikristallijn zijn. Deze onderdelen zijn gemaakt zonnepanelen. Fotonenenergie wordt omgezet in elektriciteit. Het rendement van de omvormer kan variëren van 5 tot 17 procent, afhankelijk van het type en de opbouw. Desondanks is zonlicht (lees - fotonenenergie) een veelbelovende bron van gratis elektriciteit. In veel huizen in Europa worden speciale panelen geïnstalleerd die het recyclen. Er kan een indrukwekkender voorbeeld worden gegeven - in onze tijd zijn er al auto's verschenen met batterijen die zijn opgeladen door zonlicht.

Mensen zijn er al lang aan gewend dat een van de kenmerken van elke materie massa is. Het is niet alleen inherent aan zulke grote objecten als planeten en sterren, maar ook aan hun analogen uit de onzichtbare microkosmos - protonen en elektronen. Meneer bewees ooit op briljante wijze de relatie en de massa die het lichaam bezit. In het kader van zijn theorie worden berekeningen van de hemelmechanica nog steeds met succes uitgevoerd. Enige tijd na de creatie van de theorie van Newton werd het noodzakelijk om deze aanzienlijk te verbeteren, omdat sommige verschijnselen onverklaarbaar bleven. A. Einstein loste dit probleem op door zijn 'speciale theorie' te formuleren. Tegelijkertijd verscheen de beroemde formule E=m*(c*c) die de relatie tussen energie, massa aangeeft en. Door de formule op deeltjes toe te passen, werd al snel duidelijk dat de massa van een foton nul is. Op het eerste gezicht lijkt dit contra-intuïtief, maar dat is precies wat het is. De massa van een foton bij nulsnelheid van zijn beweging is nul. Maar wanneer een deeltje 300 duizend km / s overwint, verkrijgt het zijn gebruikelijke massa. Echter, in De laatste tijd aangenomen wordt dat de massa van het foton echter nul is. En de waarde die volgt uit de formule H * v \u003d m * (c * c) is Dus waar is de fotonmassa eigenlijk gelijk aan? Er is echt een formule. Alleen is het ingewikkelder en wordt de berekening uitgevoerd door de waarde van het momentum van een bepaald deeltje.

Aangezien de energie E voor een foton gelijk is aan H * v, dan kan de massa worden bepaald met de formule:

m = (H*v) / (c*c)

Maar aangezien het foton, dat in feite licht is, in principe niet kan bestaan ​​bij snelheden van minder dan "c" (300 duizend km / s), is de hierboven gevonden massa alleen waar voor de bewegingstoestand.

Het momentum is te vinden via

p=(m*v) / sqrt (1- (v*v) / (c*c))

De aanwezigheid van momentum duidt op energie. Inderdaad, als je op een zomerse dag je hand onder de zonnestralen legt, voel je duidelijk de warmte. Dit fenomeen kan worden verklaard door de overdracht van energie door elk deeltje met een bepaalde massa die meebeweegt hoge snelheid. Dit is precies wat wordt waargenomen in relatie tot licht. Daarom zijn de massa en het momentum van een foton zo belangrijk, hoewel het in dit geval niet altijd mogelijk is om met bekende concepten te werken.

In tal van fora op internet wordt gediscussieerd over de aard van licht en het uitvoeren van berekeningen. Uiteraard kan de vraag waaraan de massa van een foton gelijk is nog niet als gesloten worden beschouwd. Nieuwe modellen maken het mogelijk om de waargenomen processen op een heel andere manier te verklaren. In de wetenschap gebeurt dit altijd: zo werd Newtons theorie aanvankelijk als compleet en logisch beschouwd, maar al snel werd duidelijk dat er een aantal aanpassingen nodig waren. Desondanks verhindert niets zelfs nu het gebruik van bekende eigenschappen, de mens heeft met behulp van instrumenten in het donker leren zien; supermarktdeuren gaan automatisch open voor de bezoeker; optische netwerken hebben het mogelijk gemaakt om voorheen ongeziene digitale gegevensoverdrachtsnelheden te bereiken; een speciale apparaten maakte het mogelijk om de energie van zonlicht om te zetten in elektriciteit.

Waarom heeft een foton in rust geen massa (en bestaat het helemaal niet)? Hier zijn meerdere verklaringen voor. Ten eerste volgt deze conclusie uit de formules. Ten tweede, aangezien licht een tweeledig karakter heeft (het is zowel een golf als een stroom deeltjes), is het concept van massa duidelijk niet van toepassing op straling. De derde is logisch: stel je een snel draaiend wiel voor. Als je er doorheen kijkt, zie je in plaats van de spaken een soort mist, waas. Maar het is de moeite waard om de rotatiesnelheid te verminderen, omdat de waas geleidelijk verdwijnt en na een volledige stop alleen de spaken overblijven. V dit voorbeeld haze is een deeltje dat "foton" wordt genoemd. Het kan alleen worden waargenomen in beweging en met een strikt gedefinieerde snelheid. Daalt de snelheid onder de 300 duizend km/s, dan verdwijnt het foton.