6.1: Nishati ya umeme

Last updated
Save as PDF

Page ID: 176158

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

Malengo ya kujifunza

Eleza tabia ya kimsingi ya mawimbi, ikiwa ni pamoja na mawimbi ya kusafiri
Eleza asili ya wimbi la mwanga
Tumia equations sahihi ili kuhesabu mali zinazohusiana na wimbi la mwanga kama vile kipindi, mzunguko, wavelength, na nishati
Tofautisha kati ya mstari na spectra inayoendelea ya uchafu
Eleza asili ya chembe ya mwanga

Hali ya nuru imekuwa somo la uchunguzi tangu zamani. Katika karne ya kumi na saba, Isaac Newton alifanya majaribio na lenses na prisms na aliweza kuonyesha kwamba mwanga mweupe una rangi ya mtu binafsi ya upinde wa mvua pamoja. Newton alielezea matokeo yake ya optics kwa suala la mtazamo wa “corpuscular” wa mwanga, ambapo mwanga ulikuwa na mito ya chembe ndogo sana zinazosafiri kwa kasi ya juu kulingana na sheria za Newton za mwendo. Wengine katika karne ya kumi na saba, kama vile Christiaan Huygens, walikuwa wameonyesha kwamba matukio ya macho kama vile kutafakari na kukataa yanaweza kuelezewa vizuri sawa katika suala la mwanga kama mawimbi yanayosafiri kwa kasi ya juu kwa njia ya kati inayoitwa “luminiferous aether” ambayo ilidhaniwa kupenyeza nafasi zote. Mapema katika karne ya kumi na tisa, Thomas Young alionyesha kuwa mwanga unaopita katika slits nyembamba, karibu spaced ilizalisha mifumo ya kuingiliwa ambayo haikuweza kuelezewa katika suala la chembe Newton lakini inaweza kuelezwa kwa urahisi katika suala la mawimbi. Baadaye katika karne ya kumi na tisa, baada ya James Clerk Maxwell kuendeleza nadharia yake ya mionzi ya sumakuumeme na kuonyesha kuwa mwanga ulikuwa sehemu inayoonekana ya wigo mkubwa wa mawimbi ya sumakuumeme, mtazamo wa chembe wa nuru ukapotoshwa kabisa. Kufikia mwisho wa karne ya kumi na tisa, wanasayansi walitazama ulimwengu wa kimwili kama takribani inahusu nyanja mbili tofauti: jambo linajumuisha chembe zinazohamia kulingana na sheria za Newton za mwendo, na mionzi ya sumakuumeme yenye mawimbi yanayoongozwa na equations ya Maxwell. Leo, nyanja hizi zinajulikana kama mechanics classical na electrodynamics classical (au electromagnetism classical). Ingawa kulikuwa na matukio machache ya kimwili ambayo hayakuweza kuelezewa ndani ya mfumo huu, wanasayansi wakati huo walikuwa na uhakika wa uzima wa jumla wa mfumo huu kwamba walitazama makosa haya kama paradoxes ya kushangaza ambayo hatimaye kutatuliwa kwa namna fulani ndani ya mfumo huu. Kama tutakavyoona, paradoxes hizi zimesababisha mfumo wa kisasa ambao unaunganisha chembe na mawimbi katika ngazi ya msingi inayoitwa duality ya wimbi-chembe, ambayo imechukua mtazamo wa classical.

Mwanga unaoonekana na aina nyingine za mionzi ya sumakuumeme huwa na majukumu muhimu katika kemia, kwani zinaweza kutumika kuhitimisha nguvu za elektroni ndani ya atomi na molekuli. Mengi ya teknolojia ya kisasa inategemea mionzi ya umeme. Kwa mfano, mawimbi ya redio kutoka simu ya mkononi, X-rays kutumiwa na madaktari wa meno, nishati kutumika kupika chakula katika microwave yako, joto radiant kutoka vitu nyekundu-moto, na mwanga kutoka screen televisheni yako ni aina ya mionzi sumakuumeme kwamba wote kuonyesha tabia wimbi.

Waves

Wimbi ni oscillation au harakati ya mara kwa mara ambayo inaweza kusafirisha nishati kutoka hatua moja katika nafasi hadi nyingine. Mifano ya kawaida ya mawimbi ni karibu nasi. Kutetemeka mwisho wa kamba huhamisha nishati kutoka mkono wako hadi upande mwingine wa kamba, kuacha jiwe ndani ya bwawa husababisha mawimbi kuvuja nje kwenye uso wa maji, na upanuzi wa hewa unaoambatana na mgomo wa umeme huzalisha mawimbi ya sauti (radi) ambayo yanaweza kusafiri nje kwa maili kadhaa. Katika kila kesi hizi, nishati ya kinetic huhamishwa kupitia suala (kamba, maji, au hewa) wakati suala hilo linabaki kimsingi. Mfano wenye ufahamu wa wimbi hutokea katika viwanja vya michezo wakati mashabiki katika eneo nyembamba la viti wanapanda wakati huo huo na kusimama na mikono yao kuinuliwa kwa sekunde chache kabla ya kukaa tena wakati mashabiki katika sehemu za jirani vivyo hivyo kusimama na kukaa chini katika mlolongo. Wakati wimbi hili linaweza kuzunguka uwanja mkubwa katika sekunde chache, hakuna hata mmoja wa mashabiki kweli kusafiri na wimbi-wote kukaa katika au juu ya viti vyao.

Mawimbi hayahitaji kuzuiwa kusafiri kupitia jambo. Kama Maxwell alivyoonyesha, mawimbi ya umeme yanajumuisha uwanja wa umeme unaozunguka kwa hatua na uwanja wa magnetic wa perpendicular, wote ambao ni perpendicular kwa uongozi wa kusafiri. Mawimbi haya yanaweza kusafiri kupitia utupu kwa kasi ya mara kwa mara ya ^{2.998 × 10 8} m/s, kasi ya mwanga (iliyoashiria c).

Mawimbi yote, ikiwa ni pamoja na aina ya mionzi ya umeme, ni sifa ya, wavelength (uliotajwa na λ, barua ya chini ya Kigiriki lambda), mzunguko (uliotajwa na ν, barua ya Kigiriki ya chini nu), na amplitude. Kama inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{1}\), wavelength ni umbali kati ya peaks mbili mfululizo au mabwawa katika wimbi (kipimo katika mita katika mfumo SI). Mawimbi ya sumakuumeme yana wavelengths ambayo huanguka ndani ya masafa masafa makubwa ya kilomita (10 m ³) hadi picometers (10 ^-12 m) yameonekana. Mzunguko ni idadi ya mizunguko ya wimbi ambayo hupita hatua maalum katika nafasi kwa kiasi fulani cha muda (katika mfumo wa SI, hii inapimwa kwa sekunde). Mzunguko unafanana na wavelength moja kamili. Kitengo cha mzunguko, kilichoonyeshwa kama mzunguko kwa pili [^{s -1}], ni hertz (Hz). Vipande vya kawaida vya kitengo hiki ni megahertz, (1 MHz = 1 × 10 ⁶ Hz) na gigahertz (1 GHz = 1 × 10 ⁹ Hz). Amplitude inalingana na ukubwa wa uhamisho wa wimbi na hivyo, katika Kielelezo, hii inalingana na nusu ya urefu kati ya kilele na mabwawa. Amplitude ni kuhusiana na ukubwa wa wimbi, ambayo kwa mwanga ni mwangaza, na kwa sauti ni sauti kubwa.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Mawimbi ya sinusoidal moja ya mwelekeo yanaonyesha uhusiano kati ya wavelength, frequency, na kasi. Wimbi la wavelength fupi lina mzunguko wa juu zaidi. Amplitude ni nusu ya urefu wa wimbi kutoka kilele hadi kwenye mto. (CC na 4.0; OpenStax)

Bidhaa ya wavelength ya wimbi (λ) na mzunguko wake (ν), λν, ni kasi ya wimbi. Hivyo, kwa mionzi ya umeme katika utupu:

\[c=\mathrm{2.998×10^8\,ms^{−1}}=λν \label{6.2.1} \]

Wavelength na mzunguko ni inversely sawia: Kama ongezeko la wavelength, mzunguko hupungua. Uwiano wa inverse unaonyeshwa kwenye Kielelezo\(\PageIndex{2}\). Takwimu hii pia inaonyesha wigo wa umeme, aina mbalimbali za mionzi ya umeme. Kila moja ya rangi mbalimbali ya mwanga inayoonekana ina masafa maalum na wavelengths zinazohusiana nao, na unaweza kuona kwamba mwanga unaoonekana hufanya sehemu ndogo tu ya wigo wa umeme. Kwa sababu teknolojia zilizotengenezwa kufanya kazi katika sehemu mbalimbali za wigo wa umeme ni tofauti, kwa sababu za urahisi na urithi wa kihistoria, vitengo tofauti hutumiwa kwa sehemu tofauti za wigo. Kwa mfano, mawimbi ya redio ni kawaida maalum kama masafa (kawaida katika vitengo vya MHz), wakati eneo inayoonekana ni kawaida maalum katika wavelengths (kawaida katika vitengo vya nm au angstroms).

alt — Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Sehemu ya wigo wa umeme huonyeshwa kwa utaratibu wa kupungua kwa mzunguko na kuongeza wavelength. Mifano ya baadhi ya maombi kwa wavelengths mbalimbali ni pamoja na positron chafu tomography (PET) scans, eksirei imaging, udhibiti wa mbali, mtandao wireless, simu za mkononi, na redio. (mikopo “Cosmic ray”: mabadiliko ya kazi na NASA; mikopo “PET Scan”: mabadiliko ya kazi na Taasisi ya Taifa ya Afya; mikopo “X-ray”: mabadiliko ya kazi na Dk. Jochen Lengerke; mikopo “Kuponya meno”: mabadiliko ya kazi na Idara ya Navy; mikopo “Maono ya usiku”: mabadiliko ya kazi na Idara ya Jeshi; mikopo “Remote”: mabadiliko ya kazi na Emilian Robert Vicol; mikopo “Simu ya mkononi”: mabadiliko ya kazi na Brett Jordan; mikopo “tanuri ya microwave”: mabadiliko ya kazi na Billy Mabray; mikopo “Ultrasound”: mabadiliko ya kazi na Jane Whitney; mikopo “AM redio”: mabadiliko ya kazi na Dave Clausen)

Mfano\(\PageIndex{1}\): Determining the Frequency and Wavelength of Radiation

Mwanga wa barabarani wa sodiamu hutoa mwanga wa njano ambao una wavelength ya 589 nm (1 nm = 1 ^{× 10 -9} m). Je! Ni mzunguko gani wa mwanga huu?

Suluhisho

Tunaweza kupanga upya Equation\ ref {6.2.1} kutatua kwa mzunguko:

\[ \nu=\dfrac{c}{λ} \nonumber \]

Kwa kuwa c inaelezwa kwa mita kwa pili, lazima pia kubadilisha 589 nm kwa mita.

\[ \nu=\mathrm{\left(\dfrac{2.998×10^8\:\cancel{m}s^{−1}}{589\cancel{nm}}\right)\left(\dfrac{1×10^9\cancel{nm}}{1\cancel{m}}\right)=5.09×10^{14}\,s^{−1}} \nonumber \]

Zoezi\(\PageIndex{1}\)

Mojawapo ya masafa yanayotumiwa kusambaza na kupokea ishara za simu za mkononi nchini Marekani ni 850 MHz. Je, ni wavelength katika mita za mawimbi haya ya redio?

Jibu: 0.353 m = 35.3 cm

Mawasiliano ya wireless

Teknolojia nyingi za thamani zinafanya kazi katika redio (3 KHZ-300 GHz) eneo la mzunguko wa wigo wa umeme. Katika mzunguko wa chini (nishati ya chini, wavelength ndefu) mwisho wa mkoa huu ni AM (amplitude modulering) ishara za redio (540-2830 kHz) ambazo zinaweza kusafiri umbali mrefu. FM (mzunguko wa mzunguko) ishara za redio hutumiwa kwenye mzunguko wa juu (87.5-108.0 MHz). Katika redio ya AM, habari hupitishwa kwa kutofautiana na amplitude ya wimbi (Kielelezo\(\PageIndex{5}\)). Katika redio ya FM, kwa kulinganisha, amplitude ni mara kwa mara na frequency instantaneous inatofautiana.

alt — Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Radio na minara kiini ni kawaida kutumika kusambaza muda wavelength umeme mionzi. Kuongezeka, minara ya seli ni iliyoundwa na kuchanganya katika na mazingira, kama na Tucson, Arizona, kiini mnara (kulia) disguised kama mtende. (mikopo kushoto: mabadiliko ya kazi na Sir Mildred Pierce; mikopo katikati: mabadiliko ya kazi na M.O Stevens)

Teknolojia nyingine pia hufanya kazi katika sehemu ya wimbi la redio ya wigo wa sumakuumeme. Kwa mfano, ishara za simu za mkononi za 4G ni takriban 880 MHz, wakati ishara za Global Positioning System (GPS) zinafanya kazi saa 1.228 na 1.575 GHz, mitandao ya teknolojia ya wireless ya eneo la ndani (Wi-Fi) inafanya kazi kwa 2.4 hadi 5 GHz, na sensorer za barabara kuu hufanya kazi kwa 5.8 GHz. Mifumo inayohusishwa na programu hizi ni rahisi kwa sababu mawimbi hayo huwa hayakufyonzwa sana na vifaa vya kawaida vya ujenzi.

alt — Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Mpangilio huu unaonyesha jinsi ubadilikaji wa amplitude (AM) na mzunguko wa mzunguko (FM) unaweza kutumika kusambaza wimbi la redio.

Jambo moja hasa la tabia ya mawimbi husababisha wakati mawimbi mawili au zaidi yanawasiliana: Wanaingiliana. Kielelezo\(\PageIndex{5}\) inaonyesha mifumo kuingiliwa yanayotokea wakati mwanga hupita kwa njia ya slits nyembamba karibu spaced kuhusu wavelength mbali. Mwelekeo wa pindo zinazozalishwa hutegemea wavelength, na pindo zimewekwa karibu zaidi kwa mwanga wa wavelength mfupi unaopita kupitia seti fulani ya slits. Wakati mwanga unapita kupitia slits mbili, kila watakata kwa ufanisi vitendo kama chanzo kipya, na kusababisha mawimbi mawili karibu spaced kuja katika kuwasiliana katika detector (kamera katika kesi hii). Mikoa ya giza katika Kielelezo\(\PageIndex{5}\) yanahusiana na mikoa ambapo kilele cha wimbi kutoka kwenye mtego mmoja hutokea kwa sanjari na mabwawa ya wimbi kutoka kwenye mtego mwingine (kuingiliwa kwa uharibifu), wakati mikoa mkali zaidi inalingana na mikoa ambapo kilele cha mawimbi mawili (au mabwawa yao mawili) kutokea kwa sanjari (kujenga kuingiliwa). Vivyo hivyo, wakati mawe mawili yanapotoshwa karibu na bwawa, mifumo ya kuingiliwa huonekana katika mwingiliano kati ya mawimbi yanayotokana na mawe. Mwelekeo huo wa kuingilia kati hauwezi kuelezewa na chembe zinazohamia kulingana na sheria za mitambo ya kikabila.

alt — Kielelezo\(\PageIndex{5}\): Mwelekeo wa pindo wa kuingilia kati huonyeshwa kwa mwanga unaopita kupitia slits mbili zilizo karibu, nyembamba. Nafasi ya pindo inategemea urefu wa wavelength, na pindo zimewekwa karibu zaidi kwa mwanga wa bluu wa muda mfupi. (mikopo: PASCO)

Dorothy Hodgkin

Kwa sababu wavelengths ya eksirei (picometers 10-10,000 [pm]) zinafanana na ukubwa wa atomi, eksirei zinaweza kutumika kuamua muundo wa molekuli. Wakati boriti ya eksirei inapita kupitia molekuli zilizojaa pamoja katika kioo, eksirei hugongana na elektroni na kuwatawanya. Kuingiliwa kwa ufanisi na uharibifu wa X-rays hizi zilizotawanyika hujenga muundo maalum wa diffraction. Kuhesabu nyuma kutoka kwa muundo huu, nafasi za kila atomi katika molekuli zinaweza kuamua kwa usahihi. Mmoja wa waanzilishi waliosaidia kujenga teknolojia hii alikuwa Dorothy Crowfoot Hodgkin.

Alizaliwa Cairo, Misri, mwaka wa 1910, ambapo wazazi wake wa Uingereza walikuwa wanasoma akiolojia. Hata kama msichana mdogo, alivutiwa na madini na fuwele. Alipokuwa mwanafunzi katika Chuo Kikuu cha Oxford, alianza kutafiti jinsi crystalography ya X-ray inaweza kutumika kuamua muundo wa biomolecules. Alitengeneza mbinu mpya ambazo zilimruhusu yeye na wanafunzi wake kuamua miundo ya vitamini B ₁₂, penicillin, na molekuli nyingine nyingi muhimu. Ugonjwa wa kisukari, ugonjwa unaoathiri watu milioni 382 duniani kote, unahusisha insulini ya homoni. Hodgkin alianza kusoma muundo wa insulini mwaka wa 1934, lakini ilihitaji miongo kadhaa ya maendeleo katika shamba kabla hatimaye kuripoti muundo mwaka 1969. Kuelewa muundo umesababisha uelewa bora wa ugonjwa huo na chaguzi za matibabu.

Si mawimbi yote yanayosafiri mawimbi. Mawimbi ya kusimama (pia yanajulikana kama mawimbi ya stationary) hubakia vikwazo ndani ya eneo fulani Kama tutakavyoona, mawimbi yaliyosimama yana jukumu muhimu katika ufahamu wetu wa muundo wa umeme wa atomi na molekuli. Mfano rahisi zaidi wa wimbi la kusimama ni wimbi moja-dimensional linalohusishwa na kamba ya vibrating ambayo inafanyika fasta katika pointi zake mbili za mwisho. Kielelezo\(\PageIndex{6}\) kinaonyesha nne mawimbi ya chini ya nishati amesimama (wimbi la msingi na harmonics tatu za chini kabisa) kwa kamba ya vibrating katika amplitude fulani. Ingawa mwendo wa kamba iko zaidi ndani ya ndege, wimbi lenyewe linachukuliwa kuwa mwelekeo mmoja, kwani liko pamoja na urefu wa kamba. mwendo wa makundi ya kamba katika mwelekeo perpendicular kwa urefu kamba inazalisha mawimbi na hivyo amplitude ya mawimbi ni wazi kama makazi yao upeo wa curves kuonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{6}\). Uchunguzi muhimu kutoka kwa takwimu ni kwamba mawimbi hayo tu yenye namba integer, n, ya nusu-wavelengths kati ya pointi za mwisho zinaweza kuunda. Mfumo unao na pointi za mwisho za kudumu kama hii huzuia idadi na aina ya mawimbi yanayowezekana. Huu ni mfano wa upimaji, ambapo maadili tu ya kipekee kutoka kwa seti ya jumla ya maadili ya kuendelea ya mali fulani huzingatiwa. Uchunguzi mwingine muhimu ni kwamba mawimbi ya harmonic (mawimbi hayo yanayoonyesha wavelength zaidi ya nusu moja) wote wana pointi moja au zaidi kati ya pointi mbili za mwisho ambazo hazipo mwendo. Pointi hizi maalum ni nodes. Nguvu za mawimbi yaliyosimama na amplitude iliyotolewa katika ongezeko la kamba ya vibrating na idadi ya nusu-wavelengths n. Kwa kuwa idadi ya nodes ni n - 1, nishati pia inaweza kusema kutegemea idadi ya nodes, kwa ujumla kuongezeka kama idadi ya nodes kuongezeka.

alt — Kielelezo\(\PageIndex{6}\): Kamba ya vibrating inaonyesha mawimbi ya msimamo mmoja. Kwa kuwa pointi mbili za mwisho za kamba zimewekwa fasta, mawimbi tu yenye idadi kamili ya nusu-wavelengths yanaweza kuunda. Pointi kwenye kamba kati ya pointi za mwisho ambazo hazihamia zinaitwa nodes.

Mfano wa mawimbi mbili-dimensional amesimama ni inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{7}\) ambayo inaonyesha mwelekeo vibrational juu ya uso gorofa. Ingawa amplitudes ya vibrational haiwezi kuonekana kama ilivyoweza katika kamba ya vibrating, nodes zimefanywa kuonekana kwa kunyunyizia uso wa ngoma na poda inayokusanya kwenye maeneo ya uso ambayo yana uhamisho mdogo. Kwa moja dimensional amesimama mawimbi nodes walikuwa pointi kwenye mstari, lakini kwa ajili ya mawimbi mbili-dimensional amesimama nodes ni mistari juu ya uso (kwa ajili ya mawimbi tatu-dimensional amesimama nodes - pande mbili nyuso ndani ya kiasi Kwa sababu ya ulinganifu wa mviringo wa uso wa ngoma, hali yake ya mipaka (uso wa ngoma unakabiliwa na mzunguko wa ngoma) husababisha aina mbili za nodes: nodes za radial ambazo zinaondoa pembe zote kwenye radii ya mara kwa mara na, kwa hiyo, huonekana kama miduara kuhusu kituo, na nodes za angular ambazo kufuta radii zote kwa pembe za mara kwa mara na, kwa hiyo, huonekana kama mistari inayopita katikati. Picha ya kushoto ya juu katika Kielelezo\(\PageIndex{7}\) inaonyesha nodes mbili za radial, wakati picha katika haki ya chini inaonyesha muundo wa vibrational unaohusishwa na nodes tatu za radial na nodes mbili za angular.

alt — Kielelezo\(\PageIndex{7}\): Mawimbi ya kusimama mbili-dimensional yanaweza kuonekana kwenye uso wa vibrating. Upeo umechafuliwa na poda inayokusanya karibu na mistari ya nodal. Kuna aina mbili za nodes zinazoonekana: nodes radial (miduara) na nodes angular (radii). Kwa video zaidi animated, angalia kiungo hiki nje.

Mionzi ya Black na Janga la Ultraviolet

Miongo michache iliyopita ya karne ya kumi na tisa ilishuhudia shughuli za utafiti mkali katika biashara ya taa mpya za umeme zilizogunduliwa. Hii ilihitaji kupata ufahamu bora wa mgawanyo wa mwanga uliotolewa kutoka vyanzo mbalimbali vinavyozingatiwa. Taa za bandia kawaida hutengenezwa ili kuiga jua ya asili ndani ya mapungufu ya teknolojia ya msingi. Taa hiyo ina masafa mbalimbali ya kusambazwa kwa upana ambayo huunda spe ctrum inayoendelea. Kielelezo\(\PageIndex{8}\) kinaonyesha usambazaji wa wavelength kwa jua. mionzi makali zaidi ni katika eneo inayoonekana, na kiwango kuacha mbali haraka kwa mfupi wavelength ultraviolet (UV) mwanga, na polepole zaidi kwa muda mrefu wavelength infrared (IR) mwanga.

alt — Kielelezo\(\PageIndex{8}\): usambazaji wa spectral (kiwango cha mwanga dhidi ya wavelength) ya jua hufikia anga ya Dunia kama mwanga wa UV, mwanga unaoonekana, na mwanga wa IR. Jua lisiloweza kufyonzwa juu ya angahewa lina usambazaji ambao takriban unalingana na usambazaji wa kinadharia wa mwili mweusi kwenye 5250 °C, unaowakilishwa na pembe ya buluu. (mikopo: mabadiliko ya kazi na Shirika la Marekani la Upimaji na Vifaa (ASTM) Spectra ya Kumbukumbu ya Dunia kwa Tathmini ya Utendaji wa Photovoltaic

Katika Kielelezo\(\PageIndex{8}\), usambazaji wa jua ni ikilinganishwa na usambazaji mwakilishi, aitwaye blackbody wigo, kwamba sambamba na joto la 5250 °C. wigo blackbody mechi wigo wa jua vizuri kabisa. Mwili mweusi ni emitter rahisi, bora ambayo inakaribia tabia ya vifaa vingi wakati inapokanzwa. Ni “bora” kwa maana sawa kwamba gesi bora ni uwakilishi rahisi, rahisi wa gesi halisi zinazofanya kazi vizuri, ikiwa ni pamoja na kwamba shinikizo sio juu sana wala joto la chini sana. Makadirio mazuri ya blackbody ambayo inaweza kutumika kuchunguza mionzi ya blackbody ni tanuri ya chuma ambayo inaweza kuwa joto kwa joto la juu sana. Tanuri ina shimo ndogo inayowezesha mwanga uliotolewa ndani ya tanuri kuzingatiwa na spectrometer ili wavelengths na intensities yao inaweza kupimwa. Kielelezo\(\PageIndex{8}\) kinaonyesha curves kusababisha kwa baadhi ya joto mwakilishi. Kila usambazaji unategemea tu parameter moja: joto. Maxima katika curves _{blackbody, λ max}, kuhama kwa wavelengths mfupi kama ongezeko la joto, kuonyesha uchunguzi kwamba metali kuwa joto kwa joto ya juu huanza kuangaza nyekundu nyeusi ambayo inakuwa nyepesi kama joto kuongezeka, hatimaye kuwa nyeupe moto katika joto la juu sana kama intensities ya wote wa wavelengths inayoonekana kuwa appreciable. Uchunguzi huu wa kawaida ulikuwa katika moyo wa kitendawili cha kwanza kilichoonyesha mapungufu ya msingi ya fizikia ya kawaida ambayo tutachunguza.

Fizikia inayotokana maneno hisabati kwa curves blackbody kutumia dhana vizuri kukubalika kutoka nadharia ya mechanics classical na electromagnetism classical. Maneno ya kinadharia kama kazi ya joto yanafaa curves ya majaribio ya blackbody iliyoonekana vizuri kwa wavelengths ndefu, lakini ilionyesha tofauti kubwa katika wavelengths mfupi. Si tu kwamba curves kinadharia si kuonyesha kilele, wao absurdly ilionyesha kiwango kuwa kubwa mno kama wavelength akawa ndogo, ambayo ina maana kwamba vitu kila siku katika joto la kawaida lazima kutoa kiasi kikubwa cha mwanga UV. Hii ilijulikana kama “janga la ultraviolet” kwa sababu hakuna mtu aliyeweza kupata matatizo yoyote na matibabu ya kinadharia ambayo inaweza kusababisha tabia isiyo ya kawaida ya wavelength ya muda mfupi. Hatimaye, karibu 1900, Max Planck inayotokana kujieleza kinadharia kwa mionzi Blackbody kwamba inafaa uchunguzi wa majaribio hasa (ndani ya makosa ya majaribio). Planck aliendeleza matibabu yake ya kinadharia kwa kupanua kazi ya awali iliyokuwa imetokana na Nguzo kwamba atomi zinazounda tanuri zilitetemeka kwa masafa ya kuongeza (au kupungua kwa wavelengths) kadiri joto liliongezeka, huku vibrations hizi kuwa chanzo cha mionzi ya sumakuumeme iliyotolewa . Lakini ambapo matibabu ya awali yaliruhusu atomi za vibrating kuwa na maadili yoyote ya nishati yaliyopatikana kutoka kwa seti ya nguvu inayoendelea (yenye busara kabisa, kulingana na fizikia ya kawaida), Planck iligundua kuwa kwa kuzuia nguvu za vibrational kwa maadili ya kipekee kwa kila mzunguko, angeweza kupata kujieleza kwa blackbody mionzi kwamba usahihi alikuwa na kiwango kuacha haraka kwa wavelengths short katika mkoa UV.

\[E=nhν,\:n=1,2,3,\:. . . \nonumber \]

Kiasi h ni mara kwa mara sasa inayojulikana kama mara kwa mara ya Planck, kwa heshima yake. Ingawa Planck alifurahi alikuwa ametatua kitendawili cha mionzi ya blackbody, alifadhaika kuwa kufanya hivyo, alihitaji kudhani atomi za vibrating zinazohitajika nguvu za kupimwa, ambazo hakuweza kueleza. Thamani ya mara kwa mara ya Planck ni ndogo sana, sekunde 6.626 × 10 ^-34 joule (J s), ambayo husaidia kueleza kwa nini quantization ya nishati haijaonekana hapo awali katika matukio macroscopic.

Kielelezo\(\PageIndex{9}\): Blackbody spectral usambazaji curves ni umeonyesha kwa baadhi ya joto mwakilishi.

Athari ya picha

Kitendawili kinachofuata katika nadharia ya classical kutatuliwa inahusisha athari ya photoelectric (Kielelezo\(\PageIndex{10}\)). Ilikuwa imezingatiwa kuwa elektroni zinaweza kutolewa kutoka kwenye uso safi wa chuma wakati mwanga una mzunguko mkubwa kuliko mzunguko wa kizingiti uliangazwa juu yake. Kushangaa, nishati ya kinetic ya elektroni iliyokatwa haikutegemea mwangaza wa mwanga, lakini iliongezeka kwa kuongezeka kwa mzunguko wa mwanga. Kwa kuwa elektroni katika chuma zilikuwa na kiasi fulani cha nishati ya kumfunga kuziweka pale, nuru ya tukio ilihitaji kuwa na nishati zaidi ili kuifungua elektroni. Kwa mujibu wa nadharia ya wimbi la kawaida, nishati ya wimbi inategemea ukubwa wake (ambayo inategemea amplitude yake), sio mzunguko wake. Sehemu moja ya uchunguzi huu ni kwamba idadi ya elektroni zilizoondolewa ndani katika kipindi cha muda fulani ilionekana kuongezeka kadiri mwangaza uliongezeka. Mwaka wa 1905, Albert Einstein aliweza kutatua kitendawili kwa kuingiza matokeo ya upimaji wa Planck katika mtazamo wa chembe ulioharibiwa wa mwanga (Einstein kweli alishinda tuzo yake ya Nobel kwa kazi hii, na si kwa nadharia zake za relativity ambazo yeye ni maarufu zaidi).

Einstein alisema kuwa nguvu quantized kwamba Planck alikuwa postulated katika matibabu yake ya mionzi blackbody inaweza kutumika kwa mwanga katika athari photoelectric ili mwanga fora uso chuma haipaswi kutazamwa kama wimbi, lakini badala yake kama mkondo wa chembe (baadaye kuitwa photons) ) ambao nishati ilitegemea mzunguko wao, kulingana na formula ya Planck, E = hν (au, kwa mujibu wa wavelength kutumia c = νλ,\(E=\dfrac{hc}{λ}\)). Electroni ziliondolewa wakati wa kugongwa na photoni zilizo na nishati ya kutosha (mzunguko mkubwa kuliko kizingiti). Mzunguko mkubwa zaidi, nishati kubwa ya kinetic iliyotolewa kwa elektroni za kukimbia na migongano. Einstein pia alisema kuwa kiwango cha mwanga haukutegemea ukubwa wa wimbi linaloingia, lakini badala yake ilifanana na idadi ya photons inayovutia uso ndani ya kipindi cha muda fulani. Hii inaeleza kwa nini idadi ya elektroni zilizoondolewa ziliongezeka kwa mwangaza unaoongezeka, kwa kuwa idadi kubwa ya fotoni zinazoingia, uwezekano mkubwa zaidi kwamba wangeweza kugongana na baadhi ya elektroni.

Kwa matokeo ya Einstein, asili ya mwanga ilichukua hewa mpya ya siri. Ingawa matukio mengi ya mwanga yanaweza kuelezewa ama kwa suala la mawimbi au chembe, matukio fulani, kama vile mifumo ya kuingiliwa inayopatikana wakati mwanga ulipopita kupitia mtego wa mara mbili, ulikuwa kinyume kabisa na mtazamo wa chembe wa mwanga, wakati matukio mengine, kama vile athari ya photoelectric, yalikuwa kinyume kabisa na mtazamo wa wimbi la mwanga. Kwa namna fulani, katika ngazi ya msingi ya msingi bado haijulikani kikamilifu, mwanga ni wa wimbi na kama chembe. Hii inajulikana kama duality ya wimbi-chembe.

Kielelezo\(\PageIndex{10}\): Photons na frequency chini hawana nishati ya kutosha kusababisha elektroni kuwa ejected kupitia athari photoelectric. Kwa mzunguko wowote wa mwanga juu ya mzunguko wa kizingiti, nishati ya kinetic ya elektroni iliyokatwa itaongezeka kwa mstari na nishati ya photon inayoingia.

Mfano\(\PageIndex{2}\): Calculating the Energy of Radiation

Tunapoona mwanga kutoka kwa ishara ya neon, tunaangalia mionzi kutoka kwa atomi za neon zenye msisimko. Ikiwa mionzi hii ina wavelength ya 640 nm, ni nishati gani ya photon inayotolewa?

Suluhisho

Tunatumia sehemu ya equation ya Planck inayojumuisha wavelength, λ, na kubadilisha vitengo vya nanometers hadi mita ili vitengo vya λ na c viwe sawa.

\[\begin{align*} E&=\dfrac{hc}{λ} \\[4pt] &=\mathrm{\dfrac{(6.626×10^{−34}\:J\cancel{s})(2.998×10^{8}\:m\cancel{s}^{−1})}{(640\cancel{nm})\left(\dfrac{1\:m}{10^9\cancel{nm}}\right)}}\\[4pt] &=\mathrm{3.10×10^{−19}\:J} \end{align*} \nonumber \]

Zoezi\(\PageIndex{2}\)

Microwaves katika tanuri ni ya mzunguko maalum ambayo itapunguza molekuli za maji zilizomo katika chakula. (Hii ndiyo sababu plastiki nyingi na kioo hazipatikani katika tanuri ya microwave - hazina molekuli za maji.) Mzunguko huu ni kuhusu 3 × 10 ⁹ Hz. Nishati ya photon moja katika microwaves hizi ni nini?

Jibu: 2 × 10 ^-24 J

Mfano\(\PageIndex{3}\): Photoelectric Effect

Tambua ni ipi kati ya maneno yafuatayo ni ya uongo na, ikiwa ni lazima, kubadilisha neno au maneno ya italicized ili kuwafanya kuwa kweli, kulingana na maelezo ya Einstein ya athari ya photoelectric.

Kuongezeka kwa mwangaza wa mwanga unaoingia huongeza nishati ya kinetic ya elektroni zilizokatwa.
Kuongezeka kwa wavelength ya mwanga unaoingia huongeza nishati ya kinetic ya elektroni zilizokatwa.
Kuongezeka kwa mwangaza wa nuru inayoingia huongeza idadi ya elektroni zilizoondolewa.
Kuongezeka kwa mzunguko wa mwanga unaoingia kunaweza kuongeza idadi ya elektroni zilizokatwa.

Suluhisho

Uongo. Kuongezeka kwa mwangaza wa mwanga unaoingia hauna athari kwenye nishati ya kinetic ya elektroni zilizokatwa. Nishati tu, sio idadi au amplitude, ya photons huathiri nishati ya kinetic ya elektroni.
Uongo. Kuongezeka kwa mzunguko wa mwanga unaoingia huongeza nishati ya kinetic ya elektroni zilizokatwa. Upepo ni sawia na nishati na inversely sawia na wavelength. Mifumo juu ya thamani ya kizingiti huhamisha nishati ya ziada ndani ya nishati ya kinetic ya elektroni.
Kweli. Kwa sababu idadi ya migongano na photoni huongezeka kwa mwanga mkali, idadi ya elektroni zilizoondolewa huongezeka.
Kweli kuhusiana na nishati ya kizingiti inayofunga elektroni kwa chuma. Chini ya kizingiti hiki, elektroni hazipatikani na juu yake ni. Mara moja juu ya thamani ya kizingiti, kuongezeka zaidi kwa mzunguko hakuongeza idadi ya elektroni zilizokatwa

Zoezi\(\PageIndex{3}\)

Tumia nishati ya kizingiti katika KJ/mol ya elektroni katika alumini, kutokana na kwamba photon ya chini ya frequency ambayo athari ya photoelectric inazingatiwa ni\(9.87 \times 10^{14}\; Hz\).

Jibu: \(3.94 \: kJ/mol\)

Line Spectra

Kitendawili kingine ndani ya nadharia ya sumakuumeme ya kikabila ya kwamba wanasayansi mwishoni mwa karne ya kumi na tisa walijitahidi na wasiwasi mwanga uliotokana na atomi na Wakati yabisi, vinywaji, au gesi zilizopunguzwa vinapokanzwa kwa kutosha, huangaza baadhi ya nishati ya ziada kama mwanga. Photons zinazozalishwa kwa njia hii zina nguvu nyingi, na hivyo huzalisha wigo unaoendelea ambao mfululizo usiovunjika wa wavelengths hupo. Mwanga mwingi unaozalishwa kutoka nyota (ikiwa ni pamoja na jua letu) huzalishwa kwa mtindo huu. Unaweza kuona wavelengths zote zinazoonekana za mwanga zilizopo katika jua kwa kutumia mche ili kuwatenganisha. Kama inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{8}\), jua pia ina mwanga UV (wavelengths mfupi) na IR mwanga (wavelengths tena) ambayo inaweza kuwa wanaona kwa kutumia vyombo lakini kwamba ni asiyeonekana kwa jicho binadamu. Incandescent (inang'aa) yabisi kama vile filaments tungsten katika taa incandescent pia kutoa mbali mwanga ambayo ina wavelengths wote wa mwanga inayoonekana Hizi spectra kuendelea mara nyingi inaweza kuwa approximated na curves blackbody mionzi katika baadhi ya joto sahihi, kama vile wale inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{9}\).

Tofauti na spectra kuendelea, mwanga pia kutokea kama kipekee au line spectra kuwa nyembamba sana line upana interspersed katika mikoa spectral kama vile wale inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{5}\). Kusisimua gesi katika shinikizo la chini la sehemu kwa kutumia umeme wa sasa, au inapokanzwa, itazalisha mstari wa mstari. Balbu za mwanga za fluorescent na ishara za neon hufanya kazi kwa njia hii (Mchoro\(\PageIndex{11}\)). Kila kipengele kinaonyesha seti yake ya mistari, kama vile molekuli, ingawa spectra yao kwa ujumla ni ngumu zaidi.

Takwimu hii inaonyesha ishara ya neon yenye rangi. Vipande vilipigwa katika maumbo mbalimbali. — Kielelezo\(\PageIndex{11}\): Neon ishara kazi na kusisimua gesi katika shinikizo chini sehemu kwa kutumia sasa umeme. Ishara hii inaonyesha madhara ya kisanii yaliyofafanuliwa ambayo yanaweza kupatikana. (mikopo: Dave Shaver)

Kila mstari wa uchafu una wavelength moja ya mwanga, ambayo ina maana kwamba mwanga uliotolewa na gesi una seti ya nguvu za kipekee. Kwa mfano, wakati kutokwa kwa umeme unapita kupitia tube iliyo na gesi ya hidrojeni kwenye shinikizo la chini, molekuli za H ₂ zinavunjika mbali katika atomi tofauti za H, na tunaona rangi ya bluu-nyekundu. Kupitisha mwanga kwa njia ya mche hutoa wigo wa mstari, kuonyesha kwamba mwanga huu unajumuisha photons ya wavelengths nne zinazoonekana, kama inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{12}\).

Kielelezo\(\PageIndex{12}\): Line spectra ya kuchagua gesi. Linganisha aina mbili za spectra ya chafu: wigo unaoendelea wa mwanga mweupe (juu) na spectra ya mstari wa mwanga kutoka kwa msisimko wa sodiamu, hidrojeni, kalsiamu, na atomi za zebaki.

Asili ya spectra za kipekee katika atomi na molekuli ilikuwa ya kushangaza sana kwa wanasayansi mwishoni mwa karne ya kumi na tisa, kwa kuwa kulingana na nadharia ya umeme ya kawaida, spectra inayoendelea inapaswa kuzingatiwa. Hata zaidi ya kushangaza, mwaka wa 1885, Johann Balmer aliweza kupata equation ya kimapenzi ambayo ilihusisha wavelengths nne inayoonekana ya mwanga iliyotolewa na atomi za hidrojeni kwa integers nzima. Equation hiyo ni moja yafuatayo, ambayo k ni mara kwa mara:

\[\dfrac{1}{λ}=k\left(\dfrac{1}{4}−\dfrac{1}{n^2}\right),\:n=3,\:4,\:5,\:6 \nonumber \]

Mistari mingine ya kipekee ya atomi ya hidrojeni ilipatikana katika mikoa ya UV na IR. Johannes Rydberg alizalisha kazi ya Balmer na kuendeleza formula ya upimaji ambayo ilitabiri mistari yote ya chafu ya hidrojeni, sio tu wale waliozuiwa kwa aina inayoonekana, ambapo, n ₁ na n ₂ ni integers, n ₁ n ₂, na\(R_∞\) ni mara kwa mara Rydberg (1.097 × 10 ⁷ ^{m -1}).

\[\dfrac{1}{λ}=R_∞\left(\dfrac{1}{n^2_1}−\dfrac{1}{n^2_2}\right) \nonumber \]

Hata mwishoni mwa karne ya kumi na tisa, spectroscopy ilikuwa sayansi sahihi sana, na hivyo wavelengths ya hidrojeni ilipimwa kwa usahihi wa juu sana, ambayo ina maana kwamba mara kwa mara ya Rydberg inaweza kuamua vizuri sana pia. Kwamba formula kama rahisi kama formula Rydberg inaweza akaunti kwa vipimo vile sahihi ilionekana kushangaza wakati huo, lakini ilikuwa maelezo ya baadaye kwa ajili ya chafu spectra na Neils Bohr katika 1913 kwamba hatimaye wanaamini wanasayansi kuachana na fizikia classical na ilileta maendeleo ya kisasa quantum mechanics.

Muhtasari

Mwanga na aina nyingine za mionzi ya umeme huhamia kupitia utupu na kasi ya mara kwa mara, c, ya ^{2.998 × 10 8} ^{m s -1}. Mionzi hii inaonyesha tabia ya wimbi, ambayo inaweza kuwa na sifa ya mzunguko, ν, na wavelength, λ, kama c = λν. Mwanga ni mfano wa wimbi la kusafiri. Matukio mengine muhimu ya wimbi ni pamoja na mawimbi ya kusimama, oscillations mara kwa mara, na Mawimbi ya kusimama yanaonyesha quantization, kwa kuwa wavelengths yao ni mdogo kwa wingi wa integer ya urefu wa tabia. Mionzi ya sumakuumeme ambayo hupitia slits mbili zilizo karibu na spaced nyembamba zilizo na vipimo takribani sawa na wavelength itaonyesha muundo wa kuingiliwa ambao ni matokeo ya kuingiliwa kwa kujenga na uharibifu wa mawimbi. Mionzi ya sumakuumeme pia inaonyesha mali ya chembe zinazoitwa photoni. Nishati ya photon inahusiana na mzunguko (au vinginevyo, wavelength) ya mionzi kama E = hν (au\(E=\dfrac{hc}{λ}\)), ambapo h ni mara kwa mara ya Planck. Mwanga huo unaonyesha wote wimbi na chembechembe tabia inajulikana kama wimbi-chembe duality. Aina zote za mionzi ya sumakuumeme hushiriki mali hizi, ingawa aina mbalimbali zikiwemo eksirei, mwanga unaoonekana, mikrowaves, na mawimbi ya redio huingiliana tofauti na jambo na huwa na matumizi tofauti sana ya vitendo. Mionzi ya umeme inaweza kuzalishwa na jambo la kusisimua kwa nguvu za juu, kama vile kwa kupokanzwa. Nuru iliyotolewa inaweza kuwa ama kuendelea (vyanzo vya incandescent kama jua) au discrete (kutoka kwa aina maalum za atomi za msisimko). Spectra inayoendelea mara nyingi huwa na mgawanyo ambao unaweza kukadiriwa kama mionzi ya blackbody kwenye joto fulani linalofaa. Wigo wa mstari wa hidrojeni unaweza kupatikana kwa kupitisha mwanga kutoka kwenye bomba la umeme la gesi ya hidrojeni kupitia prism. Hii wigo line ilikuwa rahisi kutosha kwamba formula empirical iitwayo Rydberg formula inaweza kuwa inayotokana na wigo. Tatu paradoxes muhimu kihistoria kutoka mwishoni mwa 19 na mapema karne ya 20 ambayo haikuweza kuelezwa ndani ya mfumo uliopo wa mechanics classical na electromagnetism classical walikuwa tatizo blackbody, athari photoelectric, na kipekee spectra ya atomi. Azimio la paradoxes hizi hatimaye kulisababisha nadharia za quantum ambazo zilichukua nadharia za kikabila.

Mlinganyo muhimu

c = λν
\(E=hν=\dfrac{hc}{λ}\), ambapo h = 6.626 × 10 ^-34 J s
\(\dfrac{1}{λ}=R_∞\left(\dfrac{1}{n^2_1}−\dfrac{1}{n^2_2}\right)\)

faharasa

ukubwa: kiwango cha uhamisho unaosababishwa na wimbi (kwa mawimbi ya sinusoidal, ni nusu tofauti kutoka urefu wa kilele hadi kina cha kupitia nyimbo, na ukubwa ni sawia na mraba wa amplitude)

blackbody: idealized absorbers kamili ya tukio mionzi yote sumakuumeme; miili kama emit mionzi sumakuumeme katika tabia spectra kuendelea kuitwa

wigo unaoendelea: mionzi ya umeme iliyotolewa mbali katika mfululizo usiovunjika wa wavelengths (kwa mfano, mwanga mweupe kutoka jua)

mionzi ya umeme: nishati zinazotumiwa na mawimbi ambayo yana sehemu ya umeme na sehemu ya shamba la magnetic

wigo wa umeme: nguvu nyingi ambazo mionzi ya umeme inaweza wanaunda, ikiwa ni pamoja na redio, microwaves, infrared, inayoonekana, ultraviolet, X-rays, na mionzi ya gamma; tangu umeme mionzi nishati ni sawia na frequency na inversely sawia na wavelength, wigo pia inaweza maalum kwa safu ya frequencies au wavelengths

frequency (\(\nu\)): idadi ya mzunguko wa wimbi (kilele au mabwawa) ambayo hupita hatua maalum katika nafasi kwa wakati wa kitengo

Hertz (Hz): kitengo cha mzunguko, ambayo ni idadi ya mizunguko kwa pili, ^{s -1}

nguvu: mali ya nishati iliyoenezwa na wimbi kuhusiana na amplitude ya wimbi, kama vile mwangaza wa mwanga au sauti kubwa ya sauti

muundo wa kuingiliwa: mfano kawaida unaojumuisha pindo za mkali na za giza; inatokana na kuingiliwa kwa mawimbi ya kujenga na ya uharibifu

mstari wigo: mionzi ya umeme iliyotolewa katika wavelengths za kipekee na atomi maalum (au atomi) katika hali ya msisimko

kinundu: hatua yoyote ya wimbi lililosimama na amplitude ya sifuri

fotoni: ndogo iwezekanavyo pakiti ya mionzi ya umeme, chembe ya mwanga

quantization: kutokea tu katika maadili maalum za kipekee, si kuendelea

amesimama wimbi: (pia, stationary wimbi) localized wimbi jambo sifa ya wavelengths kipekee kuamua na hali ya mipaka kutumika kuzalisha mawimbi; mawimbi amesimama ni asili quantized

wimbi: oscillation ambayo inaweza kusafirisha nishati kutoka hatua moja hadi nyingine katika nafasi

wavelength (λ): umbali kati ya peaks mbili mfululizo au mabwawa katika wimbi

wimbi-chembe duality: mrefu kutumika kuelezea ukweli kwamba chembe ya msingi ikiwa ni pamoja na jambo maonyesho mali ya chembe zote mbili (ikiwa ni pamoja na nafasi zinakaa, kasi) na mawimbi (ikiwa ni pamoja na nonlocalization, wavelength,