Home » Articole » RO » Știință » Fizica » Mecanica cuantică » Proprietățile fizice ale fotonilor – Efectul fotoelectric

Proprietățile fizice ale fotonilor – Efectul fotoelectric

Conul de lumină(Conul indică valori posibile ale undei 4-vectoriale a unui foton. Axa “timp” dă frecvența unghiulară (rad·s-1), iar axa “spațiu” reprezintă numărul de undă unghiular (rad·m-1). Culorile verde și indigo reprezintă polarizarea stânga și dreapta)

Compoziția: Particulă elementară
Statistica: Bozonică
Interacțiuni: Electromagnetică, slabă, gravitațională
Simbol: γ
Teoretizată de: Albert Einstein
Masa: 0, < 1×10−18 eV/c2
Timpul mediu de viață: Stabil
Sarcina electrică: 0, < 1×10−35 e
Spin: 1
Paritatea: −1
Paritatea C: −1
Condensat: I(JPC)=0,1(1−−)

Fotonii nu au masă, nici sarcină electrică și sunt particule stabile. Un foton are două stări posibile de polarizare. În reprezentarea impulsului fotonului, care este preferată în teoria câmpului cuantic, un foton este descris de vectorul său de undă, care determină lungimea de undă λ și direcția sa de propagare. Un vector de undă al unui foton nu poate fi zero și poate fi reprezentat fie ca vector spațial tridimensional fie ca vector (relativist) 4-dimensional; în ultimul caz aparține conului de lumină (cf. imaginii). Semnele diferite ale celor patru vectori denotă diferite polarizări circulare, dar în reprezentarea cu 3-vectorială trebuie să se țină seama separat de starea de polarizare; este de fapt un număr cuantic de spin. În ambele cazuri, spațiul vectorilor de undă posibili este tridimensional.

Fotoni (În această ilustrație, un foton (purpuriu) are o energie mult mai mare decât energia celuilalt (galben) Credit: NASA / Sonoma State University / Aurore Simonne)

Fotonul este bozon gauge pentru electromagnetism și, prin urmare, toate celelalte numere cuantice ale fotonului (cum ar fi numărul leptonic, numărul barionic și numerele cuantice ale aromei) sunt zero. De asemenea, fotonul nu respectă principiul excluziunii Pauli.

Fotonii sunt emiși în multe procese naturale. De exemplu, atunci când o sarcină este accelerată, se emite radiații sincrotronice. În timpul unei tranziții moleculare, atomice sau nucleare la un nivel de energie mai scăzut, vor fi emiși fotoni de diferite energii, de la unde radio la raze gama. Fotonii pot fi de asemenea emiși atunci când o particulă și antiparticula corespunzătoare sunt anihilate (de exemplu, anihilarea electron-pozitron).

În spațiul gol, fotonul se mișcă cu viteza c (viteza luminii) iar energia și impulsul său sunt legate prin E = pc, unde p este magnitudinea vectorului de impuls p. Aceasta derivă din următoarea relație relativistă, cu m = 0:

E2 = p2c2 + m2c4.

Energia și impulsul unui foton depind numai de frecvența lui (ν) sau invers, de lungimea de undă (λ):

E = ℏω = hν = hc/λ

p = ℏk,

unde k este vectorul de undă (unde numărul de undă k = | k | = 2π/λ), ω = 2πν este frecvența unghiulară, iar ℏ = h/2π este constanta redusă Planck.

Deoarece p arată în direcția propagării fotonului, magnitudinea impulsului este

p = ℏk = hν/c = h/λ.

Fotonul are, de asemenea, o proprietate numită moment de rotație unghiular, care nu depinde de frecvența sa. Mărimea spinului său este de √2 ℏ iar componenta măsurată de-a lungul direcției sale de mișcare, elicitatea sa, trebuie să fie ± ħ. Aceste două posibile elicități, numite dreaptă și stângă, corespund celor două posibile stări de polarizare circulară ale fotonului.

Pentru a ilustra semnificația acestor formule, anihilarea unei particule cu antiparticula sa în spațiu liber trebuie să ducă la crearea a cel puțin doi fotoni din următorul motiv. În centrul cadrului impulsului, antiparticulele din coliziune nu au un impuls net, în timp ce un singur foton are întotdeauna un impuls (deoarece, după cum am văzut, este determinat de frecvența sau lungimea de undă a fotonului, care nu poate fi zero). Prin urmare, conservarea impulsului (sau echivalent, invarianța translațională) necesită crearea a cel puțin doi fotoni, cu impuls zero net. (Cu toate acestea, este posibil ca sistemul să interacționeze cu o altă particulă sau câmp pentru anihilare pentru a produce un foton, ca atunci când un pozitron se anihilează cu un electron atomic legat, este posibil să se emită un singur foton, deoarece câmpul nuclear Coulomb rupe simetria translațională.) Energia celor doi fotoni sau, în mod echivalent, frecvența lor, poate fi determinată din conservarea celor patru impulsuri. Văzut altfel, fotonul poate fi considerat propria sa antiparticulă. Procesul invers, producția de perechi, este mecanismul dominant prin care fotonii cu energie înaltă, cum ar fi razele gama, pierd energie în timp ce trec prin materie. Acest proces este inversul “anihilării unui foton” permisă în câmpul electric al unui nucleu atomic.

Formulele clasice pentru energia și impulsul radiației electromagnetice pot fi re-exprimate în termeni de evenimente fotonice. De exemplu, presiunea de radiație electromagnetică pe un obiect derivă din transferul impulsului fotonului pe unitate de timp și unitate de suprafață la obiectul respectiv, deoarece presiunea este forța pe unitate de suprafață și forța este schimbarea impulsului pe unitate de timp.

Fiecare foton are două forme distincte și independente de impulsuri unghiulare ale luminii. Momentul unghiular de spin al luminii al unui anumit foton este întotdeauna +ℏ sau -ℏ. Momentul unghiular orbital al luminii al unui anumit foton poate fi orice număr întreg N, inclusiv zero.

Efectul fotoelectric

În 1905, Einstein a propus o explicație a efectului fotoelectric folosind un concept prezentat pentru prima dată de Max Planck, că undele luminoase constau din pachete mici sau pachete de energie cunoscute sub numele de fotoni sau cuante.

Efectul fotoelectric
Credit: Klaus-Dieter Keller, https://en.wikipedia.org/wiki/File:Photoelectric_effect_diagram.svg, licența CC BY 3.0

(Diagrama energiei cinetice maxime în funcție de frecvența luminii pe zinc.)

Energia cinetică maximă Kmax a unui electron ejectat este dată de

Kmax = hf – φ,

unde h este constanta Planck și f este frecvența fotonului incident. Termenul φ este lucrul mecanic de extracție (uneori denumită W, sau ϕ), care dă energia minimă necesară pentru îndepărtarea unui electron delocalizat de pe suprafața metalului. Lucrul mecanic de extracție satisface relația

φ = h f0,

unde f0 este frecvența de prag pentru metal. Energia cinetică maximă a unui electron ejectat este atunci

Kmax = h (f – f0).

Energia cinetică este pozitivă, deci trebuie să avem f > f0 pentru ca efectul fotoelectric să aibă loc.

Epistemologia gravitației experimentale – Raționalitatea științifică
Epistemologia gravitației experimentale – Raționalitatea științifică

Evoluția testelor gravitaționale dintr-o perspectivă epistemologică încadrată în conceputul de reconstrucție rațională al lui Imre Lakatos, pe baza metodologiei acestuia a programelor de cercetare. Perioada evaluată este foarte vastă, începând cu filosofia naturală a lui Newton și până la teoriile … Citeşte mai mult

Nu a fost votat $0,00$6,99 Selectează opțiunile
Controversa dintre Isaac Newton și Robert Hooke despre prioritatea în legea gravitației
Controversa dintre Isaac Newton și Robert Hooke despre prioritatea în legea gravitației

Una din cele mai disputate controverse privind prioritatea unor descoperiri științifice este cea privind legea gravitației universale, între Isaac Newton și Robert Hooke. În acest eseu extind o lucrare mai veche pe aceeași temă, ”Isaac Newton vs. Robert Hooke în … Citeşte mai mult

Nu a fost votat $0,00$1,95 Selectează opțiunile
Schimbări climatice - Încălzirea globală
Schimbări climatice – Încălzirea globală

Există în prezent o mare varietate de dispute privind încălzirea globală, atât în discursurile politice și sociale cât și în media populară și ​​literatura științifică, cu privire la natura, cauzele și consecințele încălzirii globale. Principala controversă o reprezintă cauzele creșterii … Citeşte mai mult

Nu a fost votat $2,99$3,99 Selectează opțiunile

2 Responses

  1. Gheorghe Adrian
    |

    Este de observat ca teoriile lui Einstein nu explica nici mecanismul intim al efectului fotoelectric nici pe cel al gravitatiei. Eu am dedus ca smulgerea electronului din substanta este produsa de un impuls electric de inductie, care apare la spargerea undei stationare de mare amplitudine, ce se naste la absorbtia fotonului in metal, cand dupa contractia longitudinala si transversala a fotonului, potrivit indicelui de refractie al metalului, se produce refractia fotonului la 360 de grade si are loc interferenta constructiva a tuturor undelor componente din trenul de unde al fotonului incident. Unda stationara de mare amplitudine a fotonului absorbit in atom se comporta ca un curent electric produs de miscarea unui electron intro spira. La spargerea undei (spirei) apare impulsul de inductie electrica. Impuls ce accelereaza electronul din imediata vecinatate. In cazul fotonilor grei, gama, in mecanismul contractiei si refractiei fotonilor, se produce si divizarea fotonilor incidenti in doi fotoni cu frecventa si energia pe jumatate, aparand asfel fotonii de frecventa mica din teoria lui Compton. In cazul gravitatiei functioneaza un mecanism de aspiratie a eterului, cu viteza mica, de catre structurile dinamice ale nucleonilor, care la turatia de 10^20 rot/s se comporta ca niste aspiratoare eterice centrifugale, care aspira eterul prin flux masiv si coerent, cu viteza foarte mica (de 10^-7 m/s), prin sectiuni mari, in jurul axei de rotatie si il refuleaza cu viteza foarte mare, prin sectiuni foarte mici, in fluxuri incoerente. Fluxul eteric masiv si coerent, avand viteza mica, inspre substanta, are timp mare de interactiune cu corpurile din vecinatate. De aceea efectul fluxului eteric de aspiratie este preponderent fata de efectul fluxului eteric de refulare, care find incoerent si cu viteza foarte mare, are foarte putin timp de interactiune cu substanta.

    Traducere de text

    SELECTAȚI LIMBA

    ENGLEZĂ

    ROMÂNĂ

    GERMANĂ

    ROMÂNĂ

    ENGLEZĂ

    ITALIANĂ
    Text sursă
    Este de observat ca teoriile lui Einstein nu explica nici mecanismul intim al efectului fotoelectric nici pe cel al gravitatiei. Eu am dedus ca smulgerea electronului din substanta este produsa de un impuls electric de inductie, care apare la spargerea undei stationare de mare amplitudine, ce se naste la absorbtia fotonului in metal, cand dupa contractia longitudinala si transversala a fotonului, potrivit indicelui de refractie al metalului, se produce refractia fotonului la 360 de grade si are loc interferenta constructiva a tuturor undelor componente din trenul de unde al fotonului incident. Unda stationara de mare amplitudine a fotonului absorbit in atom se comporta ca un curent electric produs de miscarea unui electron intro spira. La spargerea undei (spirei) apare impulsul de inductie electrica. Impuls ce accelereaza electronul din imediata vecinatate. In cazul fotonilor grei, gama, in mecanismul contractiei si refractiei fotonilor, se produce si divizarea fotonilor incidenti in doi fotoni cu frecventa si energia pe jumatate, aparand asfel fotonii de frecventa mica din teoria lui Compton. In cazul gravitatiei functioneaza un mecanism de aspiratie a eterului, cu viteza mica, de catre structurile dinamice ale nucleonilor, care la turatia de 10^20 rot/s se comporta ca niste aspiratoare eterice centrifugale, care aspira eterul prin flux masiv si coerent, cu viteza foarte mica (de 10^-7 m/s), prin sectiuni mari, in jurul axei de rotatie si il refuleaza cu viteza foarte mare, prin sectiuni foarte mici, in fluxuri incoerente. Fluxul eteric masiv si coerent, avand viteza mica, inspre substanta, are timp mare de interactiune cu corpurile din vecinatate. De aceea efectul fluxului eteric de aspiratie este preponderent fata de efectul fluxului eteric de refulare, care find incoerent si cu viteza foarte mare, are foarte putin timp de interactiune cu substanta.

    It should be noted that Einstein’s theories explain neither the intimate mechanism of the photoelectric effect nor that of gravity. I deduced that the extraction of the electron from the substance is produced by an electric induction pulse, which occurs when the high-amplitude standing wave breaks, which arises from the absorption of the photon in metal, when after the longitudinal and transverse contraction of the photon, according to the refractive index. of the metal, the refraction of the photon occurs at 360 degrees and the constructive interference of all the component waves in the wave train of the incident photon takes place. The high-amplitude standing wave of the photon absorbed in the atom behaves like an electric current produced by the motion of an electron in a coil. The induction pulse appears when the wave (coil) breaks. Impulse that accelerates the electron in the immediate vicinity. In the case of heavy photons, the gamma, in the mechanism of photon contraction and refraction, also produces the division of incident photons into two photons with half frequency and half energy, thus appearing low frequency photons from Compton’s theory. In the case of gravity, a mechanism of aspiration of the ether works, with low speed, by the dynamic structures of the nucleons, which at a speed of 10 ^ 20 rot / s behave like centrifugal etheric aspirators, which aspirate the ether through massive and coherent flow, with very low speed (10 ^ -7 m / s), through large sections, around the axis of rotation and pushes it back at very high speed, through very small sections, in incoherent flows. The massive and coherent etheric flow, having low speed, towards the substance, has a long time of interaction with the neighboring bodies. That is why the effect of the etheric flow of aspiration is predominantly compared to the effect of the etheric flow of discharge, which being incoherent and with very high speed, has very little time to interact with the substance.

  2. Gheorghe Adrian
    |

    Fotonul este un relief electromagnetic care luneca hidrodinamic prin spatiu cu viteza luminii in vid c. Este structura dinamica similara motorului electric liniar. Structura dinamica a fotonului este propulsata in translatie de forta electromagnetica, forta ce ar fi un efect hidrodinamic de tip Magnus, in eter. Se gaseste ca la nivelul fiecarei semiunde forta electromagnetica este egala (la echilibru) cu forta de inertie. La fel puterea mecanica este egala cu puterea electromagnetica. Acest echilibru face ca translatia fotonului prin spatiul vid sa fie uniform rectilinie si astfel fotonul sa apara ca fiind unda. Dar in spatiul vid nu poate functiona mecanismul umndelor care cere transformrea succesiva a unei forme de energie in alta. fiindca spatiul vid nu are densitate nu are inertie nu este coeziv si nu are elesticitate. De aceea in vid nici-o vibrati ci numai translatie. La interactia structurii dinamice a fotonului cu substanta, sunt puse in vibratie sarcinile electrice din substanta si asta face sa para ca lumina ar fi vibratie. situatia este comparabila cu discul de pikup, care fiind in rotatie, pune in vibratie acul dozei fara ca pe disc sa existe vre-o vibratie.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.