Max-Planck-Theorie. Quantentheorie von Max Planck

Um die Natur des Lichts zu erklären, schlug der schottische Wissenschaftler James Clerk Maxwell (1831-1879) die Theorie vor, dass Licht bestehen würde aus Elektromagnetische Wellen. So werden die unterschiedlichen sichtbaren (Farben) und unsichtbaren (Gammastrahlen, Röntgenstrahlen, Ultraviolett, Infrarot-, Mikrowellen- und Radiowellen) würden sich dadurch unterscheiden, dass sie Wellenlängen und unterschiedliche Frequenzen.

Die Wellenlänge ist der Abstand zweier aufeinanderfolgender Peaks in einer Welle und wird durch den griechischen Buchstaben Lambda „λ“ dargestellt. Frequenz (f) ist die Anzahl der Schwingungen der elektromagnetischen Welle pro Sekunde. Diese beiden Größen sind umgekehrt proportional, je kürzer die Wellenlänge, desto höher die Frequenz und Energie der Strahlung.

Diese Art, Licht zu studieren und zu verstehen, erklärte viele Phänomene, beispielsweise die Art und Weise, wie es sich ausbreitete.

Es gab jedoch einige Aspekte, die diese Theorie nicht erklärte, der wichtigste war die Farbe, die bestimmte Objekte beim Erhitzen aussendeten. Jedes Objekt, das Raumtemperatur hat, wird visualisiert, weil es Strahlung einer bestimmten Frequenz und einer bestimmten Wellenlänge reflektiert, die seiner Farbe (sichtbares Licht) entspricht. Bei Objekten mit extrem hohen Temperaturen reflektieren sie jedoch kein auf sie eingefallenes Licht, sondern emittieren ihr eigenes Licht in ausreichender Intensität, um uns sichtbar zu machen.

Zum Beispiel ändert Eisen seine Farbe, wenn seine Temperatur ansteigt. Es wird zuerst rot, dann gelb, dann weiß und bei extrem hohen Temperaturen wird Weiß leicht blau.

Bei der Untersuchung dieses Phänomens maßen die Wissenschaftler die Strahlungsintensität bei jeder Wellenlänge und wiederholten die Messungen für verschiedene Temperaturen. Der deutsche Physiker Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) entdeckte, dass diese Strahlung emittiert wurde Es kommt nur auf die Temperatur an, nicht auf das Material.

Ein Objekt, das auf diese Weise agiert, wurde von Wissenschaftlern als schwarzer Körper. Er Nein es wird wegen seiner Farbe so genannt, da es nicht unbedingt dunkel ist, im Gegenteil, es leuchtet oft weiß. Dieser Name kommt daher, dass das Objekt die Absorption oder Emission einer Wellenlänge nicht begünstigt, da während Weiß reflektiert alle Farben (sichtbare Strahlung bei verschiedenen Wellenlängen), Schwarz reflektiert keine Farbe. Der Schwarze Körper absorbiert die gesamte auf ihn fallende Strahlung.

Als Wissenschaftler versuchten, die Gesetze der Schwarzkörperstrahlung zu erklären, erwiesen sich die experimentell erhaltenen Daten als unvereinbar mit Maxwells Wellentheorie. Schlimmer noch, die Ergebnisse deuteten auf eine katastrophale Situation hin, die als ultraviolette Katastrophe. Die klassische Physik besagt, dass jeder schwarze Körper bei einer Temperatur ungleich Null sehr intensive ultraviolette Strahlung emittieren sollte was bedeutet, dass die Erwärmung eines Objekts durch die Emission hoher Strahlung zu Verwüstung in seiner Umgebung führen würde Frequenzen. Einschließlich ein menschlicher Körper mit einer Temperatur von 37°C würde im Dunkeln leuchten!

Aber wir wissen, dass das im Alltag nicht passiert, also was wäre falsch?

Die richtige Erklärung ist eingetroffen 1900 von deutschem Physiker und Mathematiker Max Karl Ernst Ludwig Planck (1858-1947), der sagte, dass die Energie wäre nicht kontinuierlich, wie früher gedacht. Seine Theorie sagte im Wesentlichen:

"Strahlung wird von einem erhitzten Körper nicht in Form von Wellen, sondern durch kleine Energiepakete absorbiert oder emittiert."

Deutscher Physiker Max Planck um 1930

Diese kleinen Energiepakete namens Max Planck Quanten (Sein Plural ist wie viel), das aus dem Lateinischen stammt und „Menge“ bedeutet, wörtlich „wie viel?“ und die Idee einer minimalen, unteilbaren Einheit weitergibt; seit der Quanten es wäre eine bestimmte Energieeinheit, die der Strahlungsfrequenz proportional ist. Das ist, wenn der Ausdruck Quantentheorie.

derzeit a Quanten es heißt Photon.

Außerdem stellte dieser Wissenschaftler eine Funktion zur Verfügung, die es ermöglichte, die Strahlung von schwingenden Teilchen zu bestimmen, die in einem schwarzen Körper Strahlung emittieren:

E = n. H. v

Das zu sein:

n = positive ganze Zahl;
h = Plancksche Konstante (6.626). 10^-34 J. s - sehr kleiner Wert im Vergleich zu der Energie, die erforderlich ist, um physikalische oder chemische Veränderungen in alltäglichen Materialien durchzuführen. Dies zeigt uns, dass sich „h“ auf eine sehr kleine Welt bezieht, die Quantenwelt);
v = Frequenz der emittierten Strahlung.

Briefmarke gedruckt in Deutschland (1994) mit der Entdeckung der Quantentheorie von Max Planck^[2]

Die Plancksche Konstante ist eine der wichtigsten Konstanten in der Quantenwelt, da sie grundlegend für das Verständnis verschiedener physikalischer und chemischer Konzepte und Interpretationen ist.

Diese Theorie zeigt, dass Strahlung der Frequenz „v“ nur regeneriert werden kann, wenn ein Oszillator dieser Frequenz die minimale Energie erreicht hat, die zum Starten der Schwingung erforderlich ist. Bei niedrigen Temperaturen steht nicht genügend Energie zur Verfügung, um hochfrequente Schwingungen zu induzieren; Auf diese Weise regeneriert das Objekt keine ultraviolette Strahlung, was die ultraviolette Katastrophe beendet.

Albert Einstein benutzte diese Max-Planck-Hypothese, um die Ergebnisse seiner Arbeiten zum photoelektrischen Effekt von 1905 zu erklären.

Max Planck gilt als Vater der Quantentheorie, die ihm 1918 den Nobelpreis für Physik einbrachte.

Daher ist es wichtig, darauf hinzuweisen, dass das Modell der Welle-Teilchen-Dualität der Materie. Dies bedeutet, dass beide Theorien verwendet werden, um die Natur des Lichts zu erklären: die Welle und das Korpuskular.

Die Wellentheorie erklärt einige Lichtphänomene und kann durch bestimmte Experimente nachgewiesen werden, während die Wellentheorie dass Licht aus winzigen Energieteilchen besteht, erklärt andere Phänomene und kann von anderen bewiesen werden Experimente. Es gibt kein Experiment, das die beiden Naturen des Lichts gleichzeitig demonstriert.

Daher werden beide Theorien verwendet, je nach dem untersuchten Phänomen.

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* Redaktionelle Credits für die Bilder:

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Von Jennifer Fogaça
Abschluss in Chemie

Quelle: Brasilien Schule - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/teoria-max-planck.htm