אור=פוטונים, למה?

[ASHY]

אור=פוטונים, למה?

היי חבר'ה החלטתי להפסיק לנסות ללמוד מפה ומשם, ובעיקר בגלל הפיזיקידע התחלתי ללמוד את כל הנושאים שהם רוצים. נתקלתי בקטע של הפוטונים. בספר ממנו אני קורא, כתוב שעד 1905 התורה הרווחת הייתה שהאור הוא גל אלקטרומגנטי (זה בעצם שני גלים, לא? גל שדה חשמלי שבונה גל שדה מגנטי ולהפך, לא?). אך בשנה הזו הראה איינשטיין "שתגובת הגומלין של האור עם החומר אינה מתבצעת בגלים רציפים כפי שניבא מקסוול, אלא בצרורות זעירים של אנרגיה." מה זה הניסוי הזה שמדובר כאן? תודה מראש

 

[AnarchistPhilosopher]

מדובר באפקט הפוטו-אלקטרי...(כנראה)

נראה לי שמיליקן בכלל היה זה שביצע את הניסוי, בכל אופן לא נראה לי שאיינשטיין ביצע איזשהו ניסוי, מעניין מה הוא עשה בלימודיו לתואר ראשון, כלומר מעניין איך הוא היה במעבדה? (אני מקווה שגרוע כמוני (-: ).

 

[amitmis]

חס וחלילה!!!!!

האפקט הפוטו אלקטרי מדבר על אור, אשר פוגע במתכת כלשהיא, ונוצר שם שדה חשמלי (בתוך המתכת). זה קורה בעקבות האנרגיה שהאלקטרונים מקבלים בהיותם זזים במהירות האור, ונתקלים בחומר מוליך חשמל, אשר מוליך את החשמל אליהם. זה היה לאחר שאינשטיין פסל את תורתו של ניוטון, בשביל תורתו של מקסוול, כי שניהם לא עולים בקנה אחד! לא על זה דיברה ההודעה שהגבת עליה.... ב'- אינשטיין היה שותף במעבדות רבות בחייו, אבל משום שהיה בן-אדם שלא מסכים לסמכויות, תמיד הסתכסך עם מוריו, והועף לאחר כמה ימים מהמעבדה, לאחר הבטחה ממוריו, שאף פעם לא יתקדם או יצליח בחייו. עוד מידע על אינשטיין תמצאו בספרו של מיצ'יו קאקו - "היקום של אינשטיין".

 

[AnarchistPhilosopher]

אז במה כן מדובר?

 

[elchemista]

אכן, מדובר באפקט הפוטואלקטרי

אני גם כן לא בטוח ב-100% שאיינשטיין היה הראשון שביצע אותו, אבל הוא פירש אותו ממש יפה. בכל מקרה, אתה לוקח מעגל חשמלי פתוח, שבצידו האחד לוח צסיום (אפשר עם מתכת אחרת שאנרגיית היינון שלה נמוכה מספיק) ומולו, במרחק מסויים יש לוח מתכת נוסף, ואת כל זה אתה שם בשפופרת ואקום. עכשיו, אם תקרין אור באורך גל מסויים, קצר מספיק (כלומר שהאנרגיה שלו גדולה מספיק) תקבל זרם במעגל כתוצאה מכך שהאור גורם ליוניזציה של הצזיום, והאלקטרונים עפים וסוגרים את המעגל- במקרה זה, ככל שעוצמת האור (שים לב, עוצמת האור הכוונה ל"חוזק"-נר אחד לעומת 50 נרות לדוגמא) גדולה יותר הזרם במעגל גדול יותר. אבל, וזה ה-אבל, אם אורך הגל של האור ארוך מדי (אנרגיה לא מספיק גדולה), לא תקבל זרם במעגל,

ולא משנה מה העוצמה של האור

. לכן איינשטיין הסיק, שהאור מחולק למנות אנרגיה "קוונטות" שכל אחת מהן בנפרד, אם היא מספיק חזקה, מסוגלת ליינן אטום מתכת. פשוט, לא?

 

[ASHY]

הבנתי (בערך), עכשיו שאלה נוספת

יכול להיות שהבנתי לא נכון את ההסבר של הספר, אבל נראה לי שהוא נוגד לחוק שימור האנרגיה. מדובר בייצירת לייזר: אלומת האור רצה הלוך ושוב בתוך החומר שנקא "רובי" (או "גביש אדום בצורת מוט") והפוטונים פוגעים באטומים שונים וגורמים להם לפלוט גל אור השווה לפוגעת בתדירותה, מופעה וכיוונה. עד כאן הכל טוב ויפה והציפורים מצייצות, רק שיכול להיות שלא הבנתי נכון אבל נראה שהגל הפוגע ממשיכה בדרכה כאילו כלום לא קרה, ואז אלומת הלייזר הכללית מתחזקת ככה... מגל אחד יוצאים שניים שכל אחד שווה באנרגיה לזה הראשון? הגיוני? מה אני מבין לא נכון? ולמה כל האור יוצא "קוהרנטי" ולא בצורה אקראית לגמרי? חחח הרבה שאלות, תודה מראש!

 

[ailag]

לייזר (הסבר קצת מורחב ממה ששאלת)

עירור, שזה העלאת אלקטרון לרמת אנרגיה גבוהה יותר, קורה כשפוטון פוגע בו ו*נבלע* בו. פליטה מתרחשת כשאלקטרון נופל בחזרה לרמת אנרגיה נמוכה יותר, הוא פולט את שאריות האנרגיה בתור פוטון. רוצה משוואה? E = hf - כמות האנרגיה שהפסיד האלקטרון שווה לקבוע פלנק, h, כפול תדירות הפוטון שנולד. (באותה משוואה, אגב, אפשר להשתמש בעירור) בשביל לייזר צריך שתמיד הפרשי האנרגיה יהיו אותו הדבר, כי ככה התדירות תהיה אותו הדבר. כאן נכנסת הקוונטיזציה של רמות האנרגיה באטום: אלקטרון לא יכול לקבל "טיפה" יותר אנרגיה כדי שיהיה ברמת אנרגיה "טיפה" יותר גבוהה. יש רמת אנרגיה אפס, אחת, שתיים וכו', הוא יכול להיות רק בהן וזהו. בא פוטון, נותן לו חצי מכמות האנרגיה שמספיקה בשבילו לעלות רמה, האלקטרון אומר לא תודה ונותן לפוטון להמשיך. רק אם יבוא פוטון שיש לו בדיוק את כמות האנרגיה שמספיקה כדי לעלות לרמה כלשהי אז הוא יעלה רמה. אז בעצם, אם יש לנו כזאת גישה קשוחה לגבי כמויות האנרגיה שיכולות להיות לאלקטרון, אז יש הגבלה חזקה על מגוון האנרגיות שאלקטרון יכול לפלוט כשהוא יורד רמת אנרגיה. לכן אפשר לסדר שכל אלקטרון יפלוט בדיוק את אותה כמות אנרגיה - כלומר יפלוט פוטון בדיוק באותה תדירות כמו אחיו. ואיך הם תמיד באותו כיוון? לפי מה שהסבירו לנו במעבדה, מערכת מראות. רגע של קוונטים: בהודעה התייחסתי לאלקטרון בתור גוף שמסתובב סביב פרוטון. זה נכון לרמה שאנחנו מדברים עליה, אבל כשתתעמק קצת יותר בכיוון תגלה שאלקטרון זה איזה ענן הסתברות מופרע במיוחד שנמצא בהרבה מקומות ומצבים בבת אחת.

 

[maverick88]

אפשר שאלה?

בעצם שתיים [1] מה קורה אם פוטון בא עם E שמספיקה להקפיץ אלקטרון לרמה גבוהה יותר ואף קצת יותר מזה? כלומר יש אנרגייה עודפת לפוטון - לאיפה היא הולכת? [2] כשבא פוטון עם לא מספיק אנרגייה אמרת שהאלקרון "אומר "לא"" ונותן לפוטון להמשיך...מה, הפוטון פשוט פוגע באלקטרון וחוזר? נגיד כשאני מקרין לעצמי אור של פנס על היד, היד מתחממת אבל לא מתרחש האפקט הפוטואלקטרי אני מניח נכון? היד לא נדלקת או משהו...אז איך נספג החום? תודה מראש

 

[srulikbd]

יש תגובות כימיות שמתרחשות

בעזרת חום-האור הופך לחום וזה גורם למשל לשריפה.

 

[maverick88]

איזה מה איך מתי איפה...?

 

[סטיב הקלידן]

לפי מה שאני יודע...

[1]האנרגיה ה"עודפת" תהפוך לקינטית....תבין,יש תדירות מינימום[ןלכן אנרגיית מינימום לפי E=Hf כמו שגליה הזכירה] שרק ממנה ייתכן מעבר אנרגטי כלשהוא של אלקטרון. עכשיו, בעצם כל טיפ טיפונת אנרגיה מעל הנ"ל תיהפך לקינטית של האלקטרון..כלומר סה"כ האנרגיה היא בעצם- E=Hf+0.5mv^2 כאשר E>Hf.. [2]"הפוטון פוגע באלקטרון וחוזר?"

למיטב ידיעתי,כן. בכ"א,הדוגמא עם היד, לא יודע בדיוק מה לגביה, לא מתמצא כל כך. אבל אניודע ש...כאשר אתה מקבל קרינה מהשמש[UV וכו'], ישנה פגיעה בתאים הביולוגיים שלך בדיוק כתוצאה מתהליך זה,של עירור אלקטרונים...אתה לא מרגיש בזה, אבל כן נעקרים אלק' מהגוף שלך,מה שמוביל בחשיפת יתר, תלוי במקום/זמן/רגישות שלך לסרטן העור,כידוע... לכן כל הקרמים להגנה מפני השמש בעצם בדרך כלשהיא[למעשה חומרים עם פעילות אופטית אאל"ט] מחזירים את אותו קרינה ומונעים ממנה "לפגוע" בך... <ולא, לא משנה מה כתוב על האריזות שלהן, אין החזרה של "מאה אחוז"..יש החזרה מצויינת כנראה,אבל לא מאה אחוז,זה בטוח..לפחות היום

> וכן,קצת סטיתי,סורי, מקווה שלא הפריע לך

 

[maverick88]

שאלה על התשובה ../images/Emo9.gif

תודה קודם כל על השתובה [1] אם העודף של האנרגייה הוא כזה שאמור להקנות לאלקטרון מהירות של אור...מה קורה? [2] לא הפריע לי בכלל, להפך, תודה

 

[srulikbd]

הוא כמובן לא ידיע למהירות האור

לפי מה שאני חושב הוא פשוט יגדיל את מסתו כמו שקורה במאיצי חלקיקים.

 

[elchemista]

כמה הערות

1)ממש לא....כמו ש-ailag הסביר-אין באמצע- אם יש מספיק אנרגיה לעבור רמה האלקטרון יעבור ואם לא-אז לא. רמות האנרגיה, או האורביטלים, של אטום או מולקולה הם קבועים וכך גם האנרגיות של האלקטרונים בהם. אם יש אנרגיה "עודפת" היא תעבור בד"כ לרמה ויברציונית, כלומר לחום. המקרה היחיד שלגביו אתה צודק הוא מקרה של יינון, כלומר שבו האלקטרון מועף החוצה מהאטום, ואז ככל שהפוטון אנרגטי יותר, האלקטרון יעוף מהר יותר. 2)אכן כן, זו המשמעות של בליעת אור. אם זה לא היה כך לא היינו יכולים לראות צבעים. למעשה אנחנו רואים חומר בצבע מסויים בגלל שהוא לא בולע פוטונים באורך הגל הזה. יוצאי דופן: חומרים פלואורסנטים-סטיקלייט, גחליליות, מתכת נשרפת (אל תנסו בבית) ומנורת פלורסנט- כולם נובעים מפליטה של פוטונים מהחומר עצמו ע"י דעיכה אלקטרונית למצב היסוד. 3)בקשר לניסוי עם היד-פשוט חום, הפוטונים נבלעים במולקולות של היד שלך ברמות ויברציוניות (ראה למעלה) והופכים לחום (חוץ מאלו שמוחזרים כמובן). דרך אגב, קרינת UV גורמת לשני נזקים עיקריים:1) כפי שהוזכר, הוצאת אלק' בבד"כ ממולקולות חמצן בתאים, ליצירת רדיקלים חופשיים. הבעיה עם רדיקלי חמצן היא שיש להם זמן חיים ארוך יחסית ולכן הם יכולים לגרום נזק רב ל-DNA ו-2)שינוי כימי ב-DNA שמוביל למוטציות. בשני המקרים יש סיכוי גבוה לסרטן

 

[maverick88]

Let me know if I get'ya wrong but

1) 1) אתה אומר שיש איזהשהו סף אנרגטי שאם פוטון עובר אותו הוא מקפיץ אלקטרון רמה. אם יש לו עוד יותר אנרגייה, מספיק כדי להקפיץ אלקטרון עוד יותר רחוק, לא "באמצע" נגיד אורביטל עוד יותר גבוה - הוא יצליח? או שזה לא משנה אחרי הסף? 2) מזה "רמה ויברציונית" (שהופכת אנרגייה לחום -זה כל משהבנתי) תודה

 

[elchemista]

הסבר נוסף

1) פוטון יכול להיות מעורר ("לקפוץ") לרמה האנרגטית שמתאימה לאנרגיה שהיתה לו קודם+אנרגית הפוטון- אם קיימת רמה כזו. כלומר- אם פוטון ברמה Xבולע פוטון שנותן לו אנרגיה להגיע לרמה x+1 לשם הוא יעבור, אם לרמה x+2 הוא יעבור לרמה הזו וכן הלאה. אם הפוטון הוא בעל אנרגיה גבוהה מאוד (וזה תלוי ברמות הספציפיות של כל אטום/מולקולה) הוא יגרום להוצאת האלקטרון מהאטום/מולקולה=יינון. 2) צודק, לא הסברתי כמו שצריך- חום הוא אנרגיה "תנועתית" ולמולקולות יש שתי צורות שהחום מתבטא בהן:1)אנרגיה קינטית=מהירות 2)ויברציות-האטומים המולקולה לא עומדים במקום אלא כל הזמן נעים כמו כדורים המחוברים לקפיצים- הקשרים הכימיים. המודל השימושי של תיאור התנועה סביב הקשרים כגופים בתנועה הרמונית יעיל מאוד משום שניתן לתאר כך את תדירות הויברציה שהיא, כמו אורך גל, מדד לאנרגיה של הקשר וגם לה יש רמות קוונטיות. עכשיו, ברור שאם פוגע פוטון עם אנרגיה מתאימה הוא יכול לגרום לויברציה להתגבר (להגביר תדירות). הויברציות של רוב המולקולות הן בתדירות של האינפרא אדום והמיקרוגל-ועכשיו אתה גם מבין איך המיקרוגל מחמם.

 

[maverick88]

אהההההה

אז המיקרוגל לא מתניע מולקולות אלא גורם לויברציות של אטומים? אז זה הסיבה שגם המים לא ישר מתאדים כשמחוממים במיקרוגל? (חימום על) למדתי רק תה"פ

ושמעתי על קצת מרוסנת. אם במקרה יש לך איזה לינק שיכול לעזור לנבער שכמוני

ואני מניח המילה הראשונה בטקסט הייתה "אלקטרון"

 

[סטיב הקלידן]

לגבי 1,צודק-אכן התכוונתי ליינון

אופסי

 

[אמִיר]

למה פעילות אופטית?

פעילות אופטית לא רק משנה את הקיטוב של האור?

 

[elchemista]

לא הזכרתי פעילות אופטית

למה התכוונת?