Квантовая физика. Что такое квантовая физика

Днем рождения квантовой физики считается 14 декабря 1900 года, когда Макс Планк предложил теоретические выводы о взаимосвязи между температурой тела и излучениями, которые оно испускает. Он заявил, что. Энергия электромагнитной волны излучается и поглощается только частями целого — квантами. Тип квантовой энергии:.

Квантовая физика — основные понятия, формулы и определения с примерами

Квантовая физика возникла потому, что в начале 20-го века физика переживала кризис — возникли проблемы. Существующие классические теории, включая теорию Максвелла, не могли решить научные проблемы физики.

Одним из них было тепловое излучение. Объект, излучающий тепло, должен передать это тепло окружающим объектам и среде, чтобы достичь термодинамического равновесия, т.е. равных температур. Это основной принцип термодинамики. Однако этого не происходит, например, когда солнце излучает при температуре 6000 К. Кроме того, энергия излучения одинакова на всех длинах волн и следует закону распределения, независимо от конкретной температуры. Это означает, что доля энергии излучения, соответствующая каждой длине волны, различна. В этой зависимости фундаментальная максимальная энергия излучения зависит от температуры и изменяется в соответствии с законом смещения Вина.

Здесь:
Закон смещения Вина утверждает, что длина волны Например, максимальная энергия излучения Солнца приходится на зеленый свет

Другой научной проблемой, возникшей в начале 20-го века, было объяснение линейности эмиссионных спектров газов и паров металлов. Открытие фотоэлектрического эффекта, существование фотовольтаики, рассеяние световых лучей на электроны и другие научные проблемы не могли быть объяснены даже классической физикой, особенно электромагнитной теорией Максвелла.

Для решения этих проблем немецкий ученый М. Планк предложил новую идею, которая противостояла классической физике. Он представил, что излучение и поглощение нагретых объектов происходит не непрерывно, а отдельными частями (квантами). Квант — это наименьшее количество энергии, поглощенной или испущенной объектом.

Согласно теории Планка, энергия кванта прямо пропорциональна частоте света.

здесь: h — постоянная Планка,

Он также объяснил (на примере Солнца) условия существования излучающего тела и необязательного термодинамического равновесия.

Фотоэлектрический эффект

Фотоэлектрический эффект (сокращенно фотоэффект) был открыт Г. Герцем в 1887 году и экспериментально изучен русским ученым А. Стретовым (независимо от Ф. Леонарда).

Внешний фотоэлектрический эффект — это выход электронов из материала под воздействием света.

Эта схема описывает экспериментальную аппаратуру, используемую для изучения фотоэлектрического эффекта. 6.1.

Основа прибора состоит из стеклянного цилиндра с кварцевым «окном» с двумя электродами (восходящим и нисходящим). В стеклянном цилиндре создается вакуум, чтобы электроны и другие частицы могли совершать линейные движения в вакууме.

Для подачи напряжения (0-U) на электроды через потенциометр, источник питания подключается через двойной ключ K. Двойной ключ позволяет менять полюса источника питания и замыкать цепь.

Один из электродов, катод (в основном цезиевый катод), освещается монохроматической волной через кварцевое «окно». При постоянной длине волны и постоянном световом потоке флуоресценция измеряется как функция напряжения, приложенного к аноду.

Типичный график показан на рис. На рис. 6.2 показан типичный график зависимости тока от напряжения. Рис. 2 соответствует более высокому потоку, чем рис. 1. Вот тенденция задержки. Это означает, что при приложении отрицательного напряжения фотоэлектроны с начальной скоростью не достигают анода.

График на рисунке 6.2 показывает, что ток достигает сытости. 6.2 График показывает, что при высоких напряжениях ток достигает полной силы. Это означает, что все электроны, выходящие из капли, достигают подъема. Когда напряжение достигает цены

Уд.Леонард в своих экспериментах показал, что потенциал задержки не зависит от интенсивности падающей волны (светового потока), но линейно зависит от частоты падающего света (рис. 6.3).

На основе этого эксперимента был открыт закон фотоэлектрических явлений.

1. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от светового потока (интенсивности) и линейно зависит от частоты v падающего света (с увеличением v линейно увеличится
2. Для каждого вещества существует минимальная частота
3. Количество фотоэлектронов, вылетающих из катода за единицу времени, прямо пропорционально падающему на катод световому потоку (интенсивности) и не зависит от частоты.

Фотоэлектрический эффект — это неактивное явление, когда поток света прерывается.

Теория фотоэффекта

Теория фотоэлектрических явлений была продемонстрирована А. Эйнштейном в 1905 году. Используя пример М. Планка, он пришел к выводу, что электромагнитные волны состоят из отдельных квантовых секций. Позже их стали называть фотонами.

По идее Эйнштейна, при взаимодействии фотона с веществом он свою энергию

Это уравнение называется уравнением Эйнштейна для фотоэлектрического эффекта.

Здесь A — это работа, затраченная на выход электронов из вещества. Учитывая, что максимальная кинетическая энергия электрона равна уравнению Эйнштейна для фотографии, его можно записать в следующем виде

Это уравнение для фотоэлектрических явлений представляет собой закон сохранения энергии для фотоэлектрического эффекта. Этот закон описывает события фотоэлектрического явления.

1. максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно зависит от частоты и не зависит от интенсивности (светового потока) падающего луча;
2. существование красной границы фотоэффекта, т.е.
3. фотоэффект происходит без инерции. По уравнению Эйнштейна, количество фотоэлектронов, вылетающих из катода за 1 с, пропорционально количеству фотонов, падающих на эту площадь.

Исходя из уравнения Эйнштейна, TGA на графике зависимости динамической задержки от частоты кажется равным отношению постоянной Планка к электронной нагрузке (рисунок 6.3).

По этой причине возможно экспериментальное определение постоянной Планка. Такой эксперимент был проведен Р. Милликеном в 1914 году. Он определил постоянную Планка. Этот эксперимент позволил произвести работу по получению фотоэлектронов.

Здесь: с — скорость света,

Для соборов работа производительности измеряется в электронвольтах (EV)

Среди щелочных металлов Na, К, Cs, Rb имеют малую работу выхода. Поэтому на практике для покрытия поверхности катода используются оксиды этих металлов и другие соединения. Например: работа выхода катода цезиевым оксидом А = 1,2 эВ, красная граница фотоэффекта, соответствующая этому

Эйнштейн также показал математически, что понятия времени и пространства являются иллюзорными. На самом деле, пространство и время неразделимы и представляют собой единый четырехмерный континуум. Воображать трудно, потому что мы привыкли иметь дело только с тремя измерениями.

Квантовая физика

Квантовая физика — отрасль теоретической физики, в которой изучаются квантово-механические системы и квантовые поля и законы. Фундаментальные законы квантовой физики изучаются в контексте квантовой механики и квантовой теории поля и применяются к другим областям физики.

Содержание

Квантовая физика объединяет различные области физики. В этой области важную роль играют явления квантовой механики и квантовой теории поля, которые проявляются на уровне микромира, но приводят к результату на уровне макромира. К ним относятся:.

Фонд Викимедиа. 2010.

Полезное

Смотреть что такое «Квантовая физика» в других словарях:

Квантовая физика -KvantinėFizikastatusas t Sritis fizika atitikmenys: англ. quantum physics Вок. квантовая физика, f рус. квантовая физика, f франц. физика квантования, f … fizikos empent> ∗ nas.

Стабильное состояние (квантовая физика) — в этом термине есть и другие понятия. См. стабильное состояние. Стабильное состояние (лат. StationArius — неподвижный, не движущийся) — это состояние динамической квантовой системы, энергия и другие … Википедия.

Квантовая теория — имеет следующие подразделы (неполный список): квантовая механическая алгебра квантовая теория квантовая электродинамика квантовая хромосома квантовая теория квантовая теория квантовая теория гравитации См. также … … Википедия.

Квантовые системы — Квантовомеханический орган для введения неопределенности. Математическое утверждение. На основе … Википедия

Физическое. — Физическое. 1. физика — простейшая и, одновременно, наука, изучающая общие свойства и законы движения окружающего нас материального мира. В силу этой всеобщности не существует природного явления без физических свойств … Физическая энциклопедия.

Физика суперспиралей — Физика суперспиралей, часть физики на стыке ядерной физики и части физики фундаментальных частиц. Здесь помимо протонов, нейтронов и других элементарных частиц присутствуют объекты, похожие на ядерные системы. Также … …. Википедия.

Квантовая физика -KvantinėFizikastatusas t Sritis fizika atitikmenys: англ. quantum physics Вок. квантовая физика, f рус. квантовая физика, f франц. физика квантования, f … fizikos empent> ∗ nas.

Эйнштейн и фотоэлектрический эффект

В 1905 году Альберт Эйнштейн описал фотоэлектрическое явление на основе квантового случая Планка.

Фотоэлектрический эффект — это явление выхода электронов из твердого или влажного тела при воздействии электромагнитного излучения.

Ученые предположили, что электромагнитное излучение (считающееся светом) состоит из световых квантов (фотонов). Свет поглощается таким образом, что фотоны переносят свою собственную энергию на электроны вещества. При фотоэлектрических явлениях часть электромагнитного излучения отражается от поверхности металла, а другая часть попадает внутрь и поглощается там. Электрон получает энергию от фотона, совершает работу по выходу из вещества и приобретает начальную скорость.

Где h — постоянная Планка, n — частота электромагнитного излучения, a — проект побега и mv^2/2 — кинетическая энергия побега.

Это уравнение объясняет все законы внешних фотоэлектрических явлений.

• Суммарное число фотоэлектронов, покидающих поверхность вещества, прямо пропорционально числу фотонов, попадающих на поверхность вещества.
• Максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона зависит от частоты электромагнитного излучения и работы выхода, но не зависит от интенсивности электромагнитного излучения.
• Для каждого вещества есть граница частоты электромагнитного излучения, ниже которой фотоэффект не наблюдается. Эта частота и соответствующая длина волны называется красной границей фотоэффекта. Она зависит от работы выхода, химической природы вещества и состояния поверхности.

Благодаря внешним фотоэлектрическим явлениям мы смотрим звуковой фильм. Фотоэлектрические элементы позволили преобразовать записанный звук в пленку. Свет от обычной лампы проходит через кусочек звуковой пленки, преобразует его и достигает фотоэлемента. Чем больше света проходило через изделие, тем сильнее был звук динамика.

Не начинайте изучение квантовой физики со сложных математических формул. Создать сущность законов и экспериментов.

Формирование квантовой механики

Матричная механика Гейзенберга

В 1925 году Вернер Гейзенберг сформулировал теорию квантовой механики.

Квантовая механика — это ветвь квантовой физики, которая описывает свойства и структуру субатомных частиц и их систем.

Метод Гейзенберга требовал работы с таблицами — математическими таблицами, представляющими собой набор аграрных чисел. Отсюда и название — механическая матка. Теория объяснила, как происходят квантовые скачки.

Квантовый переход — это переход квантовой системы (особенно одной) с одного энергетического уровня на другой.

Подход Гейзенберга включал два компонента.

• Полный набор частот, на которых излучает атом вследствие квантового скачка;
• Вероятности, в соответствии с которыми происходят скачки;

Идея механизма tableau заключается в том, что естественные размеры, характеризующие частицы, описываются изменяющимися во времени таблицами.

Волновая механика Шрёдингера

Совершенно иной подход был предложен Эрвином Шредингером, который призвал к созданию теории волновой механики. Он предположил, что все проблемы существуют в виде волн.

Волновое уравнение, описанное Шредингером, относится к ненаблюдаемой величине. Квадраты этой величины показывают распределение вероятности нахождения частиц в различных частях пространства. Другими словами, отдельные частицы выглядят как волны, распределенные в пространстве. С его метода описание материи стало статистическим, т.е. предположительно статистическим.

Позже Поль Дирак доказал, что теории этих двух ученых являются различными представлениями одного и того же и одинаково верны. Эти два подхода сформировали квантовую механику.

Однако Гейзенберг и Шредингер известны и другими открытиями.

Помните: квантовая физика и все ее составляющие являются неопределенными и вероятностными.

Основные законы квантовой механики

Принцип неопределённости Гейзенберга — где и с какой скоростью?

В 1927 году Гейзенберг сформулировал принцип неопределенности. Невозможно точно измерить пространственные координаты и скорость частицы одновременно. Мужчина.

Принцип неопределенности выражается следующим образом: где Δx — неопределенность в пространственных координатах, Δv — неопределенность в скорости частицы, h — постоянная Планка, а m — масса частицы.

Принцип неопределенности относится и к другим парам свойств. Энергия квантовой системы и время, которое квантовая система удерживает ее.

Соответствующее соотношение используется при фотографировании движущегося объекта. Объекты, сфотографированные с большой выдержкой, размываются. Это показывает, как объект движется, но не где он находится. Вместо этого можно определить положение объекта, сфотографированного за короткую экспозицию, но не то, как он движется. Однако следует понимать, что принцип неопределенности направлен не на наблюдателя, а на природу частиц.

Кот Шрёдингера — и жив и мёртв одновременно

Шредингер хотел показать неполноту квантовой механики при переходе от микромира к макромиру, поэтому он проводил мысленные эксперименты.

Кот Шредингера — живой и мертвый одновременно.

В закрытой коробке находится живая кошка и механизм: счетчик Гейгера, наполненный радиоактивным материалом, молоток и бутылка со смертельным ядом. Бутылка может быть разбита механизмом, вызванным радиоактивным распадом. Однако вероятность распада составляет 50/50. В случае повреждения молоток разбивает бутылку, и смертельный яд убивает кошку. Без разложения механизм не будет работать, и кошка будет жить. Шредингер приходит к выводу, что кошка жива и мертва одновременно, пока коробка не будет открыта и кошка не будет исследована.

Читайте также: Бесконечность во Вселенной: бесконечна ли Вселенная?

В этой статье представлен научный ответ на вопрос о том, бесконечна ли Вселенная, и как это можно доказать.