Teorie Maxe Plancka. Kvantová teorie Maxe Plancka

Ve snaze vysvětlit podstatu světla navrhl skotský vědec James Clerk Maxwell (1831-1879) teorii, že světlo se bude skládat z elektromagnetické vlny. Tedy různé viditelné (barvy) a neviditelné (gama paprsky, rentgenové záření, ultrafialové, infračervené, mikrovlnné a rádiové vlny) se budou vyznačovat vlnovými délkami a různé frekvence.

Vlnová délka je vzdálenost dvou po sobě jdoucích vrcholů ve vlně a je reprezentována řeckým písmenem lambda „λ“. Frekvence (f) je počet oscilací elektromagnetické vlny za sekundu. Tyto dvě veličiny jsou nepřímo úměrné, čím kratší je vlnová délka, tím vyšší je frekvence a energie záření.

Tento způsob studia a porozumění světlu vysvětlil mnoho jevů, například způsob jeho šíření.

Existovaly však některé aspekty, které tato teorie nevysvětlila, hlavním z nich byla barva, kterou určité objekty vyzařovaly při zahřívání. Každý objekt, který má pokojovou teplotu, je vizualizován, protože odráží záření na určité frekvenci a na určité vlnové délce, která odpovídá jeho barvě (viditelné světlo). Avšak v případě objektů, které jsou při extrémně vysokých teplotách, neodrážejí žádné světlo, které na ně dopadlo, ale raději vyzařují vlastní světlo v dostatečné intenzitě, abychom jej mohli vizualizovat.

Například železo mění barvu s rostoucí teplotou. Nejprve zčervená, poté zbarví žlutě a poté bíle a při extrémně vysokých teplotách se bílá zbarví mírně do modra.

Při studiu tohoto jevu vědci měřili intenzitu záření na každé vlnové délce a opakovali měření pro řadu různých teplot. Německý fyzik Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) zjistil, že toto vyzařuje záření záviselo to jen na teplotě, ne na materiálu.

Objekt, který takto funguje, začali vědci nazývat černé tělo. On Ne je tak pojmenován kvůli své barvě, protože nemusí být nutně tmavý, naopak často svítí bíle. Tento název pochází ze skutečnosti, že objekt od té doby neupřednostňuje absorpci nebo emisi vlnové délky bílá odráží všechny barvy (viditelné záření při různých vlnových délkách), černá neodráží žádnou barva. Černé tělo absorbuje veškeré záření, které na něj dopadá.

Když se tedy vědci snažili vysvětlit zákonitosti záření černého tělesa, experimentálně získané údaje se ukázaly jako neslučitelné s Maxwellovou vlnovou teorií. Horší než to, že výsledky poukazovaly na katastrofickou situaci, která se stala známou jako ultrafialová katastrofa. Klasická fyzika uvedla, že jakékoli černé těleso při jakékoli nenulové teplotě by mělo vyzařovat velmi intenzivní ultrafialové záření což znamená, že zahřátí jakéhokoli předmětu by vedlo k devastaci kolem něj prostřednictvím emise vysokého záření frekvence. Počítaje v to lidské tělo s teplotou 37 ° C by ve tmě zářilo!

Ale víme, že se to v každodenním životě nestává, tak co by se stalo?

Přišlo správné vysvětlení 1900 německý fyzik a matematik Max Karl Ernest Ludwig Planck (1858-1947), který uvedl, že energie by nebyla spojitá, jak se dříve myslelo. Jeho teorie v podstatě říkala:

Nepřestávejte... Po reklamě je toho víc;)

„Záření je absorbováno nebo emitováno zahřátým tělesem ne ve formě vln, ale prostřednictvím malých„ balíčků “energie.“

Německý fyzik Max Planck kolem roku 1930

Tyto malé „balíčky“ energie pojmenoval Max Planck kvantová (jeho množné číslo je jak moc), který pochází z latiny a znamená „množství“, doslovně „kolik?“, přenášející myšlenku minimální, nedělitelné jednotky; od kvantová byla by to určitá jednotka energie úměrná frekvenci záření. To je ten výraz kvantová teorie.

v současné době a kvantová jmenuje se to foton.

Kromě toho tento vědec poskytl funkci, která umožňovala určit záření oscilačních částic, které vyzařují záření v černém těle:

E = n. H. proti

V tomto smyslu:

n = kladné celé číslo;
h = Planckova konstanta (6,626). 10^-34 J. s - velmi malá hodnota ve srovnání s energií potřebnou k provedení fyzikálních nebo chemických změn v každodenních materiálech. To nám ukazuje, že „h“ označuje velmi malý svět, kvantový svět);
v = frekvence emitovaného záření.

Razítko vytištěné v Německu (1994) ukazující objev kvantové teorie Maxe Plancka^[2]

Planckova konstanta je jednou z nejdůležitějších konstant v kvantovém světě, protože je zásadní pro pochopení různých fyzikálních a chemických konceptů a interpretací.

Tato teorie ukazuje, že vyzařování frekvence „v“ lze regenerovat pouze tehdy, pokud oscilátor takové frekvence získal minimální energii potřebnou ke spuštění oscilace. Při nízkých teplotách není k dispozici dostatek energie k vyvolání vysokofrekvenčních oscilací; tímto způsobem objekt neregeneruje ultrafialové záření, čímž končí ultrafialovou katastrofu.

Albert Einstein použil tuto hypotézu Maxe Plancka k vysvětlení výsledků získaných v jeho práci o fotoelektrickém jevu v roce 1905.

Max Planck je považován za otce kvantové teorie, která mu v roce 1918 vynesla Nobelovu cenu za fyziku.

Je tedy důležité zdůraznit, že model dualita vlnových částic hmoty. To znamená, že obě teorie se používají k vysvětlení povahy světla: vlna a korpuskulární.

Teorie vln vysvětluje některé světelné jevy a lze ji demonstrovat určitými experimenty, zatímco teorie vln že světlo se skládá z drobných částic energie vysvětluje další jevy a ostatní to mohou dokázat experimenty. Neexistuje žádný experiment, který by demonstroval dvě přirozenosti světla současně.

Proto se používají obě teorie podle studovaného jevu.

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

* Redakční kredity za obrázky:

[1] molo / Shutterstock.com
[2] Boris15 / Shutterstock.com

Autor: Jennifer Fogaça
Vystudoval chemii