Kvants

Kvants (no latīņu: quantum — ‘daudzums’) ir mazākā enerģija, ko var atdot vai pieņemt fizikāla sistēma. Kvanta jēdziens raksturo atziņu, ka matērija ir diskrēta un eksistē kāds mazākais iespējamais enerģijas daudzums, kā mijiedarbojas fizikālas sistēmas. Elektromagnētisko viļņu kvants ir fotons. Kvanta jēdzienu pirmais izvirzīja vācu fiziķis Makss Planks 1900. gadā.

Saistīti jēdzieni

1. Atomi un molekulas gaismas viļņa enerģiju izstaro pa porcijām — kvantiem. Kvanta enerģija ir proporcionāla starojuma frekvencei.

2. Ārējais fotoefekts ir elektronu emisija no metāla vai tā savienojumu virsmas, ko izraisa gaismas kvanti.

3. Katram materiālam eksistē maksimālais viļņa garums $\lambda _{max}\!$ , kad vēl notiek fotoefekts. Šo maksimālo viļņa garumu (vai tam atbilstošo frekvenci) sauc par fotoefekta sarkano robežu.

Dažu metālu izejdarba lielums^[1]
Metāls	Izejdarbs, eV
Cēzijs (Cs)	1,40
Kālijs (K)	2,20
Nātrijs (Na)	2,28
Alumīnijs (Al)	4,08
Cinks (Zn)	4,31
Dzelzs (Fe)	4,50
Sudrabs (Ag)	4,73
Platīns (Pt)	6,35

4. Einšteina vienādojums fotoefektam $h\nu =A+{\frac {mv^{2}}{2}}$ , kur $h\nu \!$ — kvanta enerģija, $A\!$ — izejdarbs, ${\frac {mv^{2}}{2}}\!$ — elektrona kinētiskā enerģija. Izejas darbs ir katram elementam nemainīgs, lielums, tā ir nepieciešamā enerģija, lai elektroni spētu pārvarēt kodolu pozitīvo lādiņu un tikt ārā no kristālrežģa, Litijam, piemēram, tas ir A = 2,3 eV.

5. Gaismas kvantiem piemīt impulss, kas izraisa starojuma spiedienu uz virsmu, uz kuru krīt gaisma.

6. Procesus, kuros atoma elektrons saņem vai atdod enerģijas porciju, sauc par kvantu pārejām.

7. Elektronam atomā piemīt tikai diskrētas enerģijas vērtības. Kvantu pārejas atomā notiek starp atoma elektrona enerģijas līmeņiem.

8. Spontāna starojuma kvanti rodas nejaušās kvantu pārejās, ko nosaka ierosināto enerģijas līmeņu ierobežotais dzīves laiks.

9. Inducētā starojuma kvantu izstarošanu stimulē uz atomu krītošās tādas pat frekvences un polarizācijas gaismas kvanti.

10. Atoma elektronu atbrīvojot no elektronu apvalka, notiek atoma jonizācija. Nepieciešamo enerģiju, kas vajadzīga, lai to izdarītu, sauc par jonizācijas enerģiju.

11. Inducētā starojuma ģeneratorus sauc par lāzeriem.

12. Sakarsēta ķermeņu starojumu, kas notiek uz ķermeņa iekšējās enerģijas rēķina, sauc par siltumstarojumu. Siltumstarojuma jaudas blīvums ir atkarīgs no ķermeņa virsmas temperatūras ceturtās pakāpes.

13. Siltumstarojuma spektrs ir nepārtraukts un tajā ir visu enerģiju starojuma kvanti, kuru sadalījumu pa viļņa garumiem vai frekvencēm nosaka spektrālā sadalījuma (Planka) līknes.

14. Starojumu, ko izraisa citi, ar ķermeņa temperatūru nesaistīti apstākļi (piemēram, spīdēšana pēc apgaismošanas), sauc par luminiscenci.

15. Nepārtrauktā spektra rentgenstarojums rodas ātriem elektroniem bremzējoties vielā (rentgenlampas antikatoda lampā).^[2]

Kvanta enerģija

Enerģijas kvanta vērtība (kvanta enerģija) ir proporcionāla starojuma frekvencei $\nu \!$ (apgriezti proporcionāla viļņa garumam $\lambda \!$ ):

$E=h\nu =h{\frac {c}{\lambda }}$ ,

kur $c$ ir gaismas ātrums vakuumā, $h=6,62606876(52)\times 10^{-34}\ {\mbox{J}}\cdot {\mbox{s}}$ ir Planka konstante un $E$ ir kvanta enerģija. Pēc formulas var izskaitļot enerģijas kvanta vērtību jebkura viļņa garuma starojumam.