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弗拉基米爾商人的兒子如何期待愛因斯坦的“諾貝爾”研究
更新時間:2019-08-09 22:00:08  點擊次數:

   斯托列托夫出生于弗拉基米爾的一個商人家庭。他的母親在上學前教了所有六個孩子讀書,寫作和數數。高中畢業后,亞歷山大進入了莫斯科帝國大學(現莫斯科國立大學)的物理和數學系,當他21歲時,帶領留下了一位有前途的學生從事科學工作。在1862年至1866年間,斯托萊托夫在國外接受培訓,在那里他與當時的頂級物理學家合作,包括德國基爾霍夫和威廉愛德華韋伯。

  來自光的電力

  1888年,49歲的斯托列托夫(帝國莫斯科大學實驗物理系主任)決定了解光線如何影響電流。為此,他采用了一個強大的弧光燈,將光線照射到兩個平行金屬板中的一個-并且在板之間,盡管它們之間的間隙超過10厘米,但電流仍在流動。科學家長期測量,改變了實驗條件,并于1889年發表了“Actinoelectric研究”的著作。

  今天我們知道由Stoletov使用普通光提取的電流是因為光子產生的,即光量子將電子從金屬中敲出來。在Stoletov的實驗中,物理學家不知道任何電子,他們沒有考慮量子。現在我們知道,對于光電效應,量子必須具有一定的能量,并且它與光的頻率直接相關。因此,在Stoletov的實驗中,僅當用帶有電弧的手電筒照射板時才記錄電流:來自它的光包含相當多的紫外光。

  1905年,阿爾伯特愛因斯坦(AlbertEinstein)對斯托列托夫(Stoletov)所發現的定律進行了理論解釋,他使用了馬克斯普朗克發明的量子概念。順便說一句,正是為了解釋光電效應,而不是相對論,愛因斯坦才被授予諾貝爾物理學獎。

  斯托萊托夫很可能會與愛因斯坦分享該獎項(通常,他們同時授予實驗者和理論家),但在1897年甚至沒有實現電子的發現,一年前死于肺炎,僅僅56歲。光電效應不僅僅是一種物理現象-它讓科學家們發現了一些以前未知的自然規律。

  照片效果

  光電效應廣泛應用于技術領域。沒有它,電視根本就不存在,因為根據定義將圖像轉換成電信號的過程需要將光能轉換成電能。在第一批相機中,透過鏡頭的光線落在微小的銀粒上并從中擊出電子-沒有帶負電的粒子,谷粒獲得了正電荷。然后可以測量該電荷并確定鍍銀板的特定部分的亮度有多亮,并且從這些部分形成圖像。這就是BorisRosing和VladimirZvorykin在1910年代開發的設備的工作方式。1931年,當時離開美國的Zvorykin獲得了“iconoscope”專利,這是通往電視的重要一步。

  在Zvorykin圖像中,以及蘇聯工程師SemyonKataev的創意,他獨立致力于電視的創作(以及匈牙利工程師KalmanTihanyi也可以注意到),所謂的外部光電效應-當光線撞擊電子超出物質時。但也存在內部光電效應,其中電子離開原子,但不會飛出環境。

  數碼相機

  內部效應后來用于電荷耦合器件(CCD)。在這個名稱下面是數碼相機矩陣上的一個像素:光從半導體材料中剔除電子,這些電子產生電流,其強度反映了入射到材料上的光的強度。

  1969年,美國人創造了第一個這樣的設備,1971年獲得了第一個專利,幾年后,用于電視攝像機的半導體陣列投入生產。在20世紀80年代,研究內部光電效應的相機完全取代了使用電視工作室外部光電效應的技術,而在零年代,CCD矩陣在專業攝影和業余攝影中都取消了攝影膠片。

  今天,數碼相機在絕大多數移動電話中:微電路的發明已經允許大量且合理的價格來打印復雜的電子設備。

  太陽能

  照明半導體材料內部的電荷外觀也允許太陽能電池板工作。在20世紀90年代,它們僅用于計算器,為偏遠地區和航天器的某些氣象站供電。不過在2018年,世界各地的太陽能電池板發出700GWh的電力-超過所有俄羅斯火電廠的總和。

  據估計彭博社分析師,2019年全球將建成投產的太陽能電池板有120至140萬千瓦的總容量。在高峰模式下,考慮到俄羅斯是第四大電力生產國,本年只安裝的面板將產生的能量與俄羅斯所有發電廠的一半相當。

  自2000年代以來,太陽能每年增加25%的總容量,即呈指數增長。根據國際能源署的估計,2050年,光電效應將為人類提供所有電力的六分之一,并將成為主要的電力來源之一。

  安全的機器,電梯和對抗搭便車的人

  斯托列托夫本人很難預測Instagram的外觀或人類對照相材料的大規模過渡。然而,這是大城市居民每天遇到的設備之一,科學家卻發展起來了。該光電池是將光能轉換成電能的最簡單的轉換器。

  單個光電管不足以為任何東西供電,也不足以制作照片,但他仍“感覺”落在他身上的光線。因此,例如,可以從光源和光電池發出警報:當有人遮擋光束時,電子電路將檢測電流的損失,打開警報,或者阻止危險地接近接近的人的機構的操作。

  光電池用于地鐵十字轉門和郊區列車平臺,它們通常確保沒有人按壓電梯的關閉門。具有外部光電效應的相對笨重的設備-內部帶有玻璃燈泡和金屬板-現在被緊湊的半導體模擬替代,其中內部光電效應起作用。然而,斯托列托夫在19世紀推出的法律也適用于這種情況。

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