Teoria di Max Planck. La teoria dei quanti di Max Planck

Cercando di spiegare la natura della luce, lo scienziato scozzese James Clerk Maxwell (1831-1879) propose la teoria secondo cui la luce sarebbe costituita da onde elettromagnetiche. Pertanto, i diversi visibili (colori) e invisibili (raggi gamma, raggi X, ultravioletti, infrarossi, microonde e onde radio) si distinguerebbe per avere lunghezze d'onda e frequenze diverse.

La lunghezza d'onda è la distanza di due picchi consecutivi in ​​un'onda ed è rappresentata dalla lettera greca lambda “λ”. La frequenza (f) è il numero di oscillazioni dell'onda elettromagnetica al secondo. Queste due quantità sono inversamente proporzionali, più corta è la lunghezza d'onda, maggiore è la frequenza e l'energia della radiazione.

Questo modo di studiare e comprendere la luce spiegava molti fenomeni, come il modo in cui si propagava.

Tuttavia, c'erano alcuni aspetti che questa teoria non spiegava, il principale era il colore che alcuni oggetti emettevano quando venivano riscaldati. Ogni oggetto che si trova a temperatura ambiente viene visualizzato perché riflette la radiazione ad una certa frequenza e ad una certa lunghezza d'onda che corrisponde al suo colore (luce visibile). Tuttavia, nel caso di oggetti che si trovano a temperature estremamente elevate, non riflettono la luce che è caduta su di loro, ma piuttosto emettono luce propria di intensità sufficiente per essere visualizzati.

Ad esempio, il ferro cambia colore all'aumentare della sua temperatura. Diventa prima rosso, poi giallo, poi bianco e a temperature estremamente elevate il bianco diventa leggermente blu.

Nello studio di questo fenomeno, gli scienziati hanno misurato l'intensità della radiazione a ciascuna lunghezza d'onda e hanno ripetuto le misurazioni per un intervallo di temperature diverse. Il fisico tedesco Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) scoprì che questa radiazione emessa dipendeva solo dalla temperatura, non dal materiale.

Un oggetto che agisce in questo modo venne chiamato dagli scienziati come corpo nero. lui no è così chiamato per il suo colore, in quanto non è necessariamente scuro, anzi, spesso si illumina di bianco. Questo nome deriva dal fatto che l'oggetto non favorisce l'assorbimento o l'emissione di una lunghezza d'onda, poiché mentre il bianco riflette tutti i colori (radiazioni visibili a varie lunghezze d'onda), il nero non ne riflette nessuno colore. Il corpo nero assorbe tutta la radiazione che cade su di esso.

Quindi, quando gli scienziati hanno cercato di spiegare le leggi della radiazione del corpo nero, i dati ottenuti sperimentalmente si sono rivelati incompatibili con la teoria delle onde di Maxwell. Peggio ancora, i risultati indicavano una situazione catastrofica, che divenne nota come il catastrofe ultravioletta. La fisica classica diceva che qualsiasi corpo nero a qualsiasi temperatura diversa da zero dovrebbe emettere radiazioni ultraviolette molto intense, il il che significa che il riscaldamento di qualsiasi oggetto porterebbe alla devastazione attorno ad esso attraverso l'emissione di elevate radiazioni frequenze. Compreso un corpo umano con una temperatura di 37°C si illuminerebbe al buio!

Ma sappiamo che ciò non accade nella vita di tutti i giorni, quindi cosa ci sarebbe di sbagliato?

È arrivata la spiegazione corretta 1900 dal fisico e matematico tedesco Max Karl Ernest Ludwig Planck (1858-1947), il quale disse che il l'energia non sarebbe continua, come si pensava in precedenza. La sua teoria diceva sostanzialmente:

"La radiazione viene assorbita o emessa da un corpo riscaldato non sotto forma di onde, ma attraverso piccoli 'pacchetti' di energia".

Fisico tedesco Max Planck circa 1930

Questi piccoli “pacchetti” di energia Max Planck chiamati quantistica (il suo plurale è quanto), che deriva dal latino e significa “quantità”, letteralmente “quanto?”, tramandando l'idea di unità minima, indivisibile; dal momento che quantistica sarebbe una definita unità di energia proporzionale alla frequenza della radiazione. Ecco quando l'espressione teoria dei quanti.

attualmente a quantistica è chiamato fotone.

Inoltre, questo scienziato ha fornito una funzione che ha permesso di determinare la radiazione di particelle oscillanti che emettono radiazioni in un corpo nero:

E = n. h. v

Essere in quel modo:

n = intero positivo;
h = costante di Planck (6.626). 10^-34 J. s - valore molto piccolo rispetto all'energia necessaria per effettuare cambiamenti fisici o chimici nei materiali di uso quotidiano. Questo ci mostra che "h" si riferisce a un mondo molto piccolo, il mondo quantistico);
v = frequenza della radiazione emessa.

Timbro stampato in Germania (1994) che mostra la scoperta della teoria quantistica di Max Planck^[2]

La costante di Planck è una delle costanti più importanti nel mondo quantistico, poiché è fondamentale per comprendere vari concetti e interpretazioni fisici e chimici.

Questa teoria mostra che la radiazione di frequenza “v” può essere rigenerata solo se un oscillatore di tale frequenza ha acquisito la minima energia necessaria per avviare l'oscillazione. A basse temperature, non c'è abbastanza energia disponibile per indurre oscillazioni ad alta frequenza; in questo modo l'oggetto non rigenera la radiazione ultravioletta, ponendo fine alla catastrofe ultravioletta.

Albert Einstein utilizzò questa ipotesi di Max Planck per spiegare i risultati ottenuti nel suo lavoro sull'effetto fotoelettrico nel 1905.

Max Planck è considerato il padre della teoria quantistica, che gli è valso il premio Nobel per la fisica nel 1918.

Pertanto, è importante sottolineare che il modello di dualità onda-particella Della materia. Ciò significa che entrambe le teorie sono utilizzate per spiegare la natura della luce: l'onda e il corpuscolare.

La teoria delle onde spiega alcuni fenomeni luminosi e può essere dimostrata da alcuni esperimenti, mentre la teoria delle onde che la luce sia composta da minuscole particelle di energia spiega altri fenomeni e può essere dimostrata da altri esperimenti. Non c'è esperimento che dimostri contemporaneamente le due nature della luce.

Pertanto, vengono utilizzate entrambe le teorie, a seconda del fenomeno studiato.

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di Jennifer Fogaça
Laureato in Chimica

Fonte: Scuola Brasile - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/teoria-max-planck.htm