Si Albert Einstein ay malamang na kilala ng bawat naninirahan sa ating planeta. Ito ay kilala salamat sa sikat na formula para sa koneksyon sa pagitan ng masa at enerhiya. Gayunpaman, hindi siya nakatanggap ng Nobel Prize para dito. Sa artikulong ito, isasaalang-alang natin ang dalawang formula ng Einstein na nagpabago sa mga pisikal na ideya tungkol sa mundo sa ating paligid sa simula ng ika-20 siglo.
mabungang taon ni Einstein
Noong 1905, naglathala si Einstein ng ilang artikulo nang sabay-sabay, na pangunahing tumatalakay sa dalawang paksa: ang teorya ng relativity na kanyang binuo at ang pagpapaliwanag ng photoelectric effect. Ang mga materyales ay nai-publish sa German journal Annalen der Physik. Ang mismong mga pamagat ng dalawang artikulong ito ay nagdulot ng pagkalito sa bilog ng mga siyentipiko noong panahong iyon:
- "Nakadepende ba ang inertia ng isang katawan sa enerhiyang taglay nito?";
- "Isang heuristic na pananaw sa pinagmulan at pagbabago ng liwanag".
Sa una, binanggit ng siyentipiko ang kasalukuyang kilalang pormula ng teorya ng relativity ni Einstein, na pinagsasama-samapare-parehong pagkakapantay-pantay ng masa at enerhiya. Ang ikalawang artikulo ay nagbibigay ng isang equation para sa photoelectric effect. Ang parehong mga formula ay kasalukuyang ginagamit kapwa upang gumana sa radioactive matter at upang makabuo ng elektrikal na enerhiya mula sa mga electromagnetic wave.
Maikling formula ng espesyal na relativity
Isinasaalang-alang ng teorya ng relativity na binuo ni Einstein ang mga phenomena kapag ang masa ng mga bagay at ang bilis ng paggalaw nito ay napakalaki. Dito, pinaniniwalaan ni Einstein na imposibleng gumalaw nang mas mabilis kaysa sa liwanag sa anumang frame of reference, at na sa malapit sa liwanag na bilis, ang mga katangian ng space-time ay nagbabago, halimbawa, ang oras ay nagsisimulang bumagal.
Ang teorya ng relativity ay mahirap maunawaan mula sa isang lohikal na pananaw, dahil ito ay sumasalungat sa karaniwang mga ideya tungkol sa paggalaw, ang mga batas na itinatag ni Newton noong ika-17 siglo. Gayunpaman, gumawa si Einstein ng isang elegante at simpleng formula mula sa mga kumplikadong kalkulasyon sa matematika:
E=mc2.
Ang ekspresyong ito ay tinatawag na formula ng Einstein para sa enerhiya at masa. Alamin natin kung ano ang ibig sabihin nito.
Ang mga konsepto ng masa, enerhiya at bilis ng liwanag
Para mas maunawaan ang formula ni Albert Einstein, dapat mong maunawaan nang detalyado ang kahulugan ng bawat simbolo na nasa loob nito.
Magsimula tayo sa misa. Madalas mong marinig na ang pisikal na dami na ito ay nauugnay sa dami ng bagay na nakapaloob sa katawan. Ito ay hindi ganap na totoo. Mas tama na tukuyin ang masa bilang isang sukatan ng pagkawalang-galaw. Kung mas malaki ang katawan, mas mahirap itong bigyan ng tiyakbilis. Ang masa ay sinusukat sa kilo.
Hindi rin simple ang isyu ng enerhiya. Kaya, mayroong iba't ibang mga pagpapakita nito: liwanag at thermal, singaw at electric, kinetic at potensyal, mga bono ng kemikal. Ang lahat ng mga uri ng enerhiya na ito ay pinagsama ng isang mahalagang pag-aari - ang kanilang kakayahang gumawa ng trabaho. Sa madaling salita, ang enerhiya ay isang pisikal na dami na may kakayahang ilipat ang mga katawan laban sa pagkilos ng iba pang panlabas na puwersa. Ang sukat ng SI ay ang joule.
Ano ang bilis ng liwanag ay tinatayang malinaw sa lahat. Ito ay nauunawaan bilang ang distansya na ang isang electromagnetic wave ay naglalakbay sa bawat yunit ng oras. Para sa vacuum, ang halagang ito ay pare-pareho; sa anumang iba pang tunay na daluyan, ito ay bumababa. Ang bilis ng liwanag ay sinusukat sa metro bawat segundo.
Ang kahulugan ng formula ni Einstein
Kung titingnan mong mabuti ang simpleng formula na ito, makikita mo na ang masa ay nauugnay sa enerhiya sa pamamagitan ng isang pare-pareho (ang parisukat ng bilis ng liwanag). Ipinaliwanag mismo ni Einstein na ang masa at enerhiya ay mga pagpapakita ng parehong bagay. Sa kasong ito, posible ang mga transition m sa E at pabalik.
Bago ang pagdating ng teorya ni Einstein, naniniwala ang mga siyentipiko na ang mga batas ng konserbasyon ng masa at enerhiya ay umiiral nang hiwalay at wasto para sa anumang prosesong nagaganap sa mga closed system. Ipinakita ni Einstein na hindi ito ang kaso, at ang mga phenomena na ito ay nagpapatuloy hindi hiwalay, ngunit magkasama.
Ang isa pang tampok ng formula ni Einstein o ang batas ng equivalence ng masa at enerhiya ay ang coefficient ng proporsyonalidad sa pagitan ng mga dami na ito,ibig sabihin, c2. Ito ay tinatayang katumbas ng 1017 m2/s2. Ang malaking halaga na ito ay nagpapahiwatig na kahit na ang isang maliit na halaga ng masa ay naglalaman ng malaking reserba ng enerhiya. Halimbawa, kung susundin mo ang pormula na ito, kung gayon ang isang pinatuyong ubas (pasas) lamang ay maaaring matugunan ang lahat ng pangangailangan ng enerhiya ng Moscow sa isang araw. Sa kabilang banda, ipinapaliwanag din ng malaking salik na ito kung bakit hindi natin napapansin ang malalaking pagbabago sa kalikasan, dahil masyadong maliit ang mga ito para sa mga halaga ng enerhiya na ginagamit natin.
Ang impluwensya ng formula sa takbo ng kasaysayan ng ika-20 siglo
Salamat sa kaalaman sa pormula na ito, nagawa ng isang tao na makabisado ang atomic energy, ang malaking reserba nito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng mga proseso ng pagkawala ng masa. Ang isang kapansin-pansing halimbawa ay ang fission ng uranium nucleus. Kung isasama natin ang masa ng mga light isotopes na nabuo pagkatapos ng fission na ito, kung gayon ito ay magiging mas mababa kaysa sa orihinal na nucleus. Ang nawawalang masa ay nagiging enerhiya.
Ang kakayahan ng tao na gumamit ng atomic energy ay humantong sa paglikha ng isang reactor na nagsisilbing magbigay ng kuryente sa sibilyang populasyon ng mga lungsod, at sa disenyo ng pinakanakamamatay na sandata sa lahat ng kilalang kasaysayan - ang atomic bomb.
Ang paglitaw ng unang bombang atomika sa Estados Unidos ay nagtapos sa Ikalawang Digmaang Pandaigdig laban sa Japan nang mas maaga sa iskedyul (noong 1945, ibinagsak ng Estados Unidos ang mga bombang ito sa dalawang lungsod ng Japan), at naging pangunahing hadlang sa mga pagsiklab ng Ikatlong Digmaang Pandaigdig.
Si Einstein mismo, siyempre, ay hindi magagawaupang mahulaan ang gayong mga kahihinatnan ng formula na kanyang natuklasan. Tandaan na hindi siya nakibahagi sa proyekto ng Manhattan upang lumikha ng mga sandatang atomic.
Ang phenomenon ng photoelectric effect at ang paliwanag nito
Ngayon ay lumipat tayo sa tanong kung saan ginawaran si Albert Einstein ng Nobel Prize noong unang bahagi ng 1920s.
Ang phenomenon ng photoelectric effect, na natuklasan noong 1887 ni Hertz, ay binubuo sa paglitaw ng mga libreng electron sa ibabaw ng ibabaw ng isang partikular na materyal, kung ito ay irradiated ng liwanag ng ilang partikular na frequency. Hindi posible na ipaliwanag ang hindi pangkaraniwang bagay na ito mula sa punto ng view ng wave theory of light, na itinatag sa simula ng ika-20 siglo. Kaya, hindi malinaw kung bakit ang photoelectric effect ay sinusunod nang walang pagkaantala sa oras (mas mababa sa 1 ns), kung bakit ang decelerating na potensyal ay hindi nakasalalay sa intensity ng light source. Nagbigay si Einstein ng napakatalino na paliwanag.
Ang scientist ay nagmungkahi ng isang simpleng bagay: kapag ang liwanag ay nakikipag-ugnayan sa bagay, ito ay kumikilos hindi tulad ng isang alon, ngunit tulad ng isang corpuscle, isang quantum, isang namuong enerhiya. Ang mga paunang konsepto ay kilala na - ang teorya ng corpuscular ay iminungkahi ni Newton sa kalagitnaan ng ika-17 siglo, at ang konsepto ng electromagnetic wave quanta ay ipinakilala ng kababayang pisisista na si Max Planck. Nagawa ni Einstein na tipunin ang lahat ng kaalaman sa teorya at eksperimento. Naniniwala siya na ang isang photon (quantum of light), na nakikipag-ugnayan sa isang electron, ay ganap na nagbibigay ng enerhiya nito. Kung ang enerhiyang ito ay sapat na malaki upang maputol ang bono sa pagitan ng electron at ng nucleus, ang naka-charge na elementarya na particle ay bubukas mula sa atom at napupunta sa isang malayang estado.
Mga Naka-tag na Viewpinahintulutan si Einstein na isulat ang formula para sa photoelectric effect. Isasaalang-alang natin ito sa susunod na talata.
Photoelectric effect at ang equation nito
Ang equation na ito ay medyo mas mahaba kaysa sa sikat na energy-mass relation. Mukhang ganito:
hv=A + Ek.
Ang equation na ito o ang formula ni Einstein para sa photoelectric effect ay sumasalamin sa kakanyahan ng kung ano ang nangyayari sa proseso: ang isang photon na may enerhiya hv (ang pare-pareho ng Planck na pinarami ng dalas ng oscillation) ay ginugugol sa pagsira ng bono sa pagitan ng elektron at ang nucleus (A ay ang work function ng electron) at sa pakikipag-usap ng negatibong particle ng kinetic energy (Ek).
Ang pormula sa itaas ay naging posible na ipaliwanag ang lahat ng mathematical dependences na naobserbahan sa mga eksperimento sa photoelectric effect at humantong sa pagbabalangkas ng mga kaukulang batas para sa phenomenon na isinasaalang-alang.
Saan ginagamit ang photoelectric effect?
Sa kasalukuyan, ang mga ideya ni Einstein na nakabalangkas sa itaas ay inilalapat upang gawing kuryente ang liwanag na enerhiya salamat sa mga solar panel.
Gumagamit sila ng panloob na photoelectric effect, iyon ay, ang mga electron na "hugot" mula sa atom ay hindi umaalis sa materyal, ngunit nananatili sa loob nito. Ang aktibong substance ay n- at p-type na silicon semiconductors.
