До конца 19 века ньютоновская физика доминировала в научном мировоззрении. Однако, к началу 20-го века физики обнаружили, что законы классической механики не применяются в атомном масштабе.
Фотоэлектрический эффект не может быть рационализирован на основе существующих теорий света, поскольку увеличение интенсивности свечения не приводит к тому же результату, что и увеличение частоты волны.
Планк постулировал, что энергия света пропорциональна частоте, а постоянная, которая их связывает, известна как постоянная Планка (h). Его работа привела к тому, что Альберт Эйнштейн определил, что свет существует в дискретных квантах энергии или фотонах.
«Фотоэлектрический эффект Эмиссия» - электронов с поверхности материала после поглощения электромагнитного излучения.
Электромагнитное излучение» - излучение (квантованное в виде фотонов), состоящее из колеблющихся электрических и магнитных полей, ориентированных перпендикулярно друг другу, движущихся в пространстве.
В конце 18 века был достигнут большой прогресс в физике. Классическая «ньютоновская» физика того времени была широко признана в научном сообществе своей способностью точно объяснять и предсказывать многие явления. Однако к началу 20-го века физики обнаружили, что законы «классической» механики неприменимы на атомном уровне, и такие эксперименты, как фотоэлектрический эффект, полностью противоречили законам «классической» физики. В результате этих наблюдений физики сформулировали ряд теорий, теперь известных как «квантовая механика». В некотором смысле, квантовая механика полностью изменила способ, которым физики смотрели на вселенную, и это также ознаменовало конец идеи заводной вселенной (идея, что вселенная была предсказуема).
Электромагнитное излучение
«Электромагнитное излучение» (ЭМ) - это форма энергии, обладающая как волнообразными, так и частицевидными свойствами; видимый свет - известный пример. С точки зрения волн, все формы электромагнитного излучения могут быть описаны с точки зрения их длины волны и частоты. «Длина волны» - это расстояние от одного пика волны до следующего, которое можно измерить в метрах. «Частота» - это количество волн, которые проходят заданную точку каждую секунду. В то время как длина волны и частота электромагнитного излучения могут варьироваться, его скорость в вакууме остается постоянной и составляет 3,0 × 10 8 м / с, скорость света. Длина волны или частота любого конкретного случая электромагнитного излучения определяют его положение в электромагнитном спектре и могут быть рассчитаны по следующему уравнению:
[[latex]c=\lambda\nu[/latex]
Где c - постоянная 3,0 x 10 8 м / с (скорость света в вакууме), [latex] \ lambda [/ latex] = длина волны в метрах и [latex] \ nu [/ latex] = частота в герцах (1 / с). Важно отметить, что с помощью этого уравнения можно определить длину волны света от заданной частоты и наоборот.
Длина волны электромагнитного излучения. Показано расстояние, используемое для определения длины волны. Свет имеет много свойств, связанных с его волновой природой, и длина волны частично определяет эти свойства.
«Открытие Кванта»
Волновая модель не может объяснить то, что известно как «фотоэлектрический эффект». Этот эффект наблюдается, когда свет, сфокусированный на определенных металлах, заставляет метал испускать электроны. Для каждого металла существует «минимальная пороговая частота» электромагнитного излучения, при которой эффект будет иметь место. Замена света с удвоенной интенсивностью и половиной частоты не даст того же результата, в отличие от того, что можно было бы ожидать, если бы свет действовал строго как волна. В этом случае влияние света будет кумулятивным - свет должен складываться понемногу, пока он не вызовет излучение электронов. Вместо этого есть четкая минимальная частота света, которая запускает «электронный выброс». Подразумевалось, что частота прямо пропорциональна энергии, а более высокие частоты света имеют больше энергии. Это наблюдение привело к открытию минимального количества энергии, которое может быть получено или потеряно атомом. Макс Планк назвал это минимальное количество «квантом», множественное число «квантами», что означает «сколько». Один фотон света несет ровно один квант энергии.
Планк считается отцом квантовой теории. Согласно Планку: E = h [latex] \ nu [/ latex] , где h – «постоянная Планка» (6.62606957 (29) x 10 -34 Дж с), ν – «частота», а E – «энергия электромагнитной волны». Планк (осторожно) настаивал на том, что это просто аспект процессов поглощения и испускания излучения и не имеет ничего общего с физической реальностью самого излучения. Однако в 1905 году Альберт Эйнштейн переосмыслил «квантовую гипотезу Планка» и использовал ее для объяснения фотоэлектрического эффекта, при котором свет на определенных материалах может заставить материал выбрасывать электроны.
Больше доказательств для теории энергии частиц:
Когда электрический ток проходит через газ, некоторые электроны в молекулах газа переходят из своего основного энергетического состояния в возбужденное состояние, которое находится дальше от их ядер. Когда электроны возвращаются в основное состояние, они излучают энергию различной длины волны. Призма может использоваться для разделения длин волн, что облегчает их идентификацию. Если свет действует только как волна, то призма должна создавать «непрерывную радугу». Вместо этого существуют дискретные линии, созданные разными длинами волн. Это связано с тем, что электроны испускают световые волны определенной длины при переходе из возбужденного состояния в основное состояние.
Спектр излучения газообразного азота. Каждая длина волны испускаемого света (каждая цветная линия) соответствует переходу электрона с одного энергетического уровня на другой, высвобождая квант света с определенной энергией, цветом.
