Cherchant à expliquer la nature de la lumière, le scientifique écossais James Clerk Maxwell (1831-1879) a proposé la théorie selon laquelle la lumière consisterait en ondes électromagnétiques. Ainsi, les différents visibles (couleurs) et invisibles (rayons gamma, rayons X, ultraviolet, infrarouge, micro-ondes et ondes radio) se distinguerait par des longueurs d'onde et fréquences différentes.
La longueur d'onde est la distance de deux pics consécutifs dans une onde et est représentée par la lettre grecque lambda « λ ». La fréquence (f) est le nombre d'oscillations de l'onde électromagnétique par seconde. Ces deux quantités sont inversement proportionnelles, plus la longueur d'onde est courte, plus la fréquence et l'énergie du rayonnement sont élevées.
Cette façon d'étudier et de comprendre la lumière expliquait de nombreux phénomènes, comme la manière dont elle se propageait.
Cependant, il y avait certains aspects que cette théorie n'expliquait pas, le principal étant la couleur que certains objets émettaient lorsqu'ils étaient chauffés. Chaque objet qui est à température ambiante est visualisé car il réfléchit le rayonnement à une certaine fréquence et à une certaine longueur d'onde qui correspond à sa couleur (lumière visible). Cependant, dans le cas d'objets à des températures extrêmement élevées, ils ne reflètent aucune lumière qui leur est tombée dessus, mais émettent plutôt de la lumière d'une intensité suffisante pour que nous puissions la visualiser.
Par exemple, le fer change de couleur à mesure que sa température augmente. Il devient d'abord rouge, puis jaune, puis blanc, et à des températures extrêmement élevées, le blanc devient légèrement bleu.
En étudiant ce phénomène, les scientifiques ont mesuré l'intensité du rayonnement à chaque longueur d'onde et ont répété les mesures pour une gamme de températures différentes. Le physicien allemand Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) a découvert que ce rayonnement émis cela dépendait juste de la température, pas du matériau.
Un objet qui agit de cette manière en est venu à être appelé par les scientifiques comme corps noir. Il non il est ainsi nommé en raison de sa couleur, car il n'est pas nécessairement sombre, au contraire, il brille souvent en blanc. Ce nom vient du fait que l'objet ne favorise pas l'absorption ou l'émission d'une longueur d'onde, puisque tout en le blanc réfléchit toutes les couleurs (rayonnement visible à différentes longueurs d'onde), le noir n'en réfléchit aucune Couleur. Le corps noir absorbe tout le rayonnement qui lui tombe dessus.
Ainsi, lorsque les scientifiques ont cherché à expliquer les lois du rayonnement du corps noir, les données obtenues expérimentalement se sont avérées incompatibles avec la théorie des ondes de Maxwell. Pire que cela, les résultats ont mis en évidence une situation catastrophique, connue sous le nom de catastrophe ultraviolette. La physique classique disait que tout corps noir à n'importe quelle température non nulle devrait émettre un rayonnement ultraviolet très intense, le ce qui signifie que le chauffage de tout objet conduirait à la dévastation autour de lui par l'émission de rayonnements élevés fréquences. Comprenant un corps humain avec une température de 37°C brillerait dans le noir !
Mais nous savons que cela n'arrive pas dans la vie de tous les jours, alors qu'est-ce qui ne va pas ?
La bonne explication est arrivée 1900 par un physicien et mathématicien allemand Max Karl Ernest Ludwig Planck (1858-1947), qui a dit que le l'énergie ne serait pas continue, comme on le pensait auparavant. Sa théorie disait essentiellement :
"Le rayonnement est absorbé ou émis par un corps chauffé non pas sous forme d'ondes, mais à travers de petits "paquets" d'énergie."
Le physicien allemand Max Planck vers 1930
Ces petits « paquets » d'énergie nommés Max Planck quantum (son pluriel est combien), qui vient du latin et signifie « quantité », littéralement « combien? », transmettant l'idée d'une unité minimale, indivisible; depuis le quantum ce serait une unité définie d'énergie proportionnelle à la fréquence du rayonnement. C'est alors que l'expression théorie des quanta.
actuellement un quantum c'est appelé photon.
De plus, ce scientifique a fourni une fonction qui a permis de déterminer le rayonnement de particules oscillantes qui émettent un rayonnement dans un corps noir :
E = n. H. v
Étant que:
n = entier positif ;
h = constante de Planck (6.626). 10-34 J. s - valeur très faible par rapport à l'énergie nécessaire pour effectuer des changements physiques ou chimiques dans les matériaux de tous les jours. Cela nous montre que « h » fait référence à un tout petit monde, le monde quantique) ;
v = fréquence du rayonnement émis.
![Timbre imprimé en Allemagne (1994) montrant la découverte de la théorie quantique de Max Planck[2]](/f/4231d982fcf71c7d9fa2774ca7505c1a.jpg "Théorie quantique de Max Planck")
Timbre imprimé en Allemagne (1994) montrant la découverte de la théorie quantique de Max Planck[2]
La constante de Planck est l'une des constantes les plus importantes du monde quantique, car elle est fondamentale pour comprendre divers concepts et interprétations physiques et chimiques.
Cette théorie montre que le rayonnement de fréquence "v" ne peut être régénéré que si un oscillateur de cette fréquence a acquis l'énergie minimale nécessaire pour démarrer l'oscillation. A basse température, il n'y a pas assez d'énergie disponible pour induire des oscillations à haute fréquence; de cette façon, l'objet ne régénère pas le rayonnement ultraviolet, mettant fin à la catastrophe ultraviolette.
Albert Einstein a utilisé cette hypothèse de Max Planck pour expliquer les résultats obtenus dans ses travaux sur l'effet photoélectrique en 1905.
Max Planck est considéré comme le père de la théorie quantique, qui lui a valu le prix Nobel de physique en 1918.
Ainsi, il est important de souligner que le modèle de la dualité onde-particule de matière. Cela signifie que deux théories sont utilisées pour expliquer la nature de la lumière: l'onde et la corpusculaire.
La théorie des ondes explique certains phénomènes lumineux et peut être démontrée par certaines expériences, tandis que la théorie des ondes que la lumière est composée de minuscules particules d'énergie explique d'autres phénomènes et peut être prouvée par d'autres expériences. Il n'y a pas d'expérience qui démontre les deux natures de la lumière en même temps.
Les deux théories sont donc utilisées, selon le phénomène étudié.
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Par Jennifer Fogaça
Diplômé en Chimie
La source: École du Brésil - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/teoria-max-planck.htm
