Теория на Макс Планк. Квантовата теория на Макс Планк

Търсейки да обясни същността на светлината, шотландският учен Джеймс Клерк Максуел (1831-1879) предлага теорията, че светлината ще се състои от електромагнитни вълни. По този начин различните видими (цветове) и невидими (гама лъчи, рентгенови лъчи, ултравиолетови, инфрачервени, микровълнови и радиовълни) биха се отличавали с дължини на вълните и различни честоти.

Дължината на вълната е разстоянието на два последователни пика във вълната и е представена от гръцката буква ламбда „λ“. Честота (f) е броят на трептенията на електромагнитната вълна в секунда. Тези две величини са обратно пропорционални, колкото по-къса е дължината на вълната, толкова по-висока е честотата и енергията на лъчението.

Този начин на изучаване и разбиране на светлината обяснява много явления, като начина, по който тя се разпространява.

Има обаче някои аспекти, които тази теория не обяснява, като основният е цветът, който някои обекти излъчват при нагряване. Всеки обект, който е със стайна температура, се визуализира, защото отразява лъчението с определена честота и с определена дължина на вълната, която съответства на цвета му (видима светлина). Въпреки това, в случай на обекти, които са с изключително високи температури, те не отразяват никаква светлина, която е паднала върху тях, а по-скоро излъчват собствена светлина с достатъчна интензивност, за да можем да я визуализираме.

Например желязото променя цвета си, когато температурата му се повишава. Първо става червено, след това жълто, след това бяло, а при изключително високи температури бялото става леко синьо.

При изучаването на това явление учените измерват интензивността на лъчението при всяка дължина на вълната и повтарят измерванията за диапазон от различни температури. Германският физик Густав Роберт Кирххоф (1824-1887) открива, че това излъчва радиация просто зависеше от температурата, а не от материала.

Обект, който действа по този начин, е наречен от учените като черно тяло. Той не той е наречен така заради цвета си, тъй като не е непременно тъмен, а напротив, често свети в бяло. Това име идва от факта, че обектът не благоприятства поглъщането или излъчването на дължина на вълната, тъй като докато бялото отразява всички цветове (видимо излъчване при различни дължини на вълните), черно отразява нито един цвят. Черното тяло поема цялата радиация, която пада върху него.

Така че, когато учените се опитваха да обяснят законите на лъчението на черното тяло, получените експериментално данни се оказаха несъвместими с теорията на вълните на Максуел. По-лошо от това, резултатите посочиха катастрофална ситуация, която стана известна като ултравиолетова катастрофа. Класическата физика казва, че всяко черно тяло при всякаква ненулева температура трябва да излъчва много интензивно ултравиолетово лъчение което означава, че нагряването на който и да е обект би довело до разруха около него чрез излъчването на висока радиация честоти. Включително човешко тяло с температура 37 ° C би светило в тъмното!

Но знаем, че това не се случва в ежедневието, така че какво би било наред?

Влезе правилното обяснение 1900 от немски физик и математик Макс Карл Ърнест Лудвиг Планк (1858-1947), който казва, че енергията не би била непрекъсната, както се смяташе по-рано. Теорията му основно казва:

„Радиацията се абсорбира или излъчва от нагрято тяло не под формата на вълни, а чрез малки„ пакетчета “енергия.“

Германският физик Макс Планк около 1930 г.

Тези малки „пакети“ с енергия, наречени от Макс Планк квантов (множественото му число е колко), което идва от латински и означава „количество“, буквално „колко?“, предаващо идеята за минимална, неделима единица; от квантов това би било определена единица енергия, пропорционална на честотата на излъчване. Точно тогава изразът квантова теория.

в момента a квантов нарича се фотон.

В допълнение, този учен предостави функция, която направи възможно определянето на излъчването на трептящи частици, които излъчват лъчение в черно тяло:

E = n. H. v

Като това:

n = положително цяло число;
h = константа на Планк (6.626). 10^-34 J. s - много малка стойност в сравнение с енергията, необходима за извършване на физични или химични промени в ежедневните материали. Това ни показва, че „h“ се отнася до много малък свят, квантовия свят);
v = честота на излъчваната радиация.

Печат, отпечатан в Германия (1994), показващ откриването на квантовата теория на Макс Планк^[2]

Константата на Планк е една от най-важните константи в квантовия свят, тъй като е от основно значение за разбирането на различни физични и химични понятия и интерпретации.

Тази теория показва, че излъчването с честота "v" може да се регенерира само ако осцилатор с такава честота е придобил минималната енергия, необходима за стартиране на трептенето. При ниски температури няма достатъчно енергия за предизвикване на високочестотни трептения; по този начин обектът не регенерира ултравиолетовото лъчение, прекратявайки ултравиолетовата катастрофа.

Алберт Айнщайн използва тази хипотеза на Макс Планк, за да обясни резултатите, получени в работата му върху фотоелектричния ефект през 1905 г.

Макс Планк се смята за баща на квантовата теория, която му носи Нобелова награда за физика през 1918 година.

Поради това е важно да се отбележи, че моделът на двойственост вълна-частица на материята. Това означава, че и двете теории се използват за обяснение на природата на светлината: вълната и корпускулярното.

Теорията на вълните обяснява някои светлинни явления и може да бъде демонстрирана чрез определени експерименти, докато теорията на вълните че светлината е съставена от малки частици енергия, обяснява други явления и може да бъде доказана от други експерименти. Няма експеримент, който да демонстрира двете природни светлини едновременно.

Следователно се използват и двете теории, в съответствие с изследваното явление.

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

* Редакционни кредити за изображенията:

[1] моден подиум / Shutterstock.com
[2] Борис15 / Shutterstock.com

От Дженифър Фогаса
Завършва химия

Източник: Бразилско училище - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/teoria-max-planck.htm