תורת מקס פלאנק. תורת הקוונטים של מקס פלאנק

בחיפוש אחר הסבר על אופיו של האור, המדען הסקוטי ג'יימס פקיד מקסוול (1831-1879) הציע את התיאוריה לפיה האור יורכב מ גלים אלקטרומגנטיים. לפיכך, השונים הנראים (צבעים) ובלתי נראים (קרני גמא, צילומי רנטגן, אולטרה סגול, אינפרא אדום, גלי מיקרו ורדיו) היו מובחנים בכך שיש להם אורכי גל ו תדרים שונים.

אורך הגל הוא המרחק של שתי פסגות רצופות בגל והוא מיוצג על ידי האות היוונית למבדה "λ". תדר (f) הוא מספר התנודות של הגל האלקטרומגנטי לשנייה. שתי הכמויות הללו פרופורציונליות הפוכות, ככל שאורך הגל קצר יותר, כך התדירות והאנרגיה של הקרינה גבוהים יותר.

דרך זו של לימוד והבנת האור הסבירה תופעות רבות, כמו האופן בו הוא מופץ.

עם זאת, היו כמה היבטים שתיאוריה זו לא הסבירה, העיקרי שבהם היה הצבע שהחפצים מסוימים פלטו בעת חימוםם. כל אובייקט שנמצא בטמפרטורת החדר מדמיין כי הוא משקף קרינה בתדר מסוים ובאורך גל מסוים התואם לצבעו (אור גלוי). עם זאת, במקרה של עצמים בטמפרטורות גבוהות במיוחד, הם אינם מחזירים שום אור שנפל עליהם, אלא פולטים אור משלהם בעוצמה מספקת כדי שנוכל לדמיין.

לדוגמה, ברזל משנה את צבעו ככל שהטמפרטורה שלו עולה. תחילה הוא הופך לאדום, אחר כך צהוב, ואז לבן, ובטמפרטורות גבוהות במיוחד הלבן הופך כחול מעט.

בחקר תופעה זו מדענים מדדו את עוצמת הקרינה בכל אורך גל וחזרו על המדידות לטווח של טמפרטורות שונות. הפיזיקאי הגרמני גוסטב רוברט קירכהוף (1824-1887) גילה כי זה פולט קרינה זה היה תלוי רק בטמפרטורה ולא בחומר.

אובייקט שפועל בדרך זו נקרא על ידי מדענים בשם גוף שחור. הוא לא זה נקרא כך בגלל צבעו, מכיוון שהוא לא בהכרח כהה, להפך, לעתים קרובות הוא זוהר לבן. שם זה נובע מהעובדה שהאובייקט אינו מעדיף קליטה או פליטה של ​​אורך גל, שכן בזמן לבן משקף את כל הצבעים (קרינה גלויה באורכי גל שונים), שחור משקף אף אחד צֶבַע. הגוף השחור סופג את כל הקרינה שנופלת עליו.

לכן כאשר מדענים ביקשו להסביר את חוקי קרינת הגוף השחור, הנתונים שהתקבלו הוכחו בניסוי כבלתי תואמים לתורת הגלים של מקסוול. גרוע מכך, התוצאות הצביעו על מצב קטסטרופלי, שנודע בשם קטסטרופה אולטרה סגולה. הפיזיקה הקלאסית אמרה כי כל גוף שחור בכל טמפרטורה שאינה אפסית צריך לפלוט קרינה אולטרה סגולה מאוד מה שאומר שחימום של כל אובייקט יביא להרס סביבו באמצעות פליטת קרינה גבוהה תדרים. לְרַבּוֹת גוף אנושי עם טמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס היה זוהר בחושך!

אבל אנחנו יודעים שזה לא קורה בחיי היומיום, אז מה יהיה לא בסדר?

ההסבר הנכון נכנס 1900 על ידי פיזיקאי ומתמטיקאי גרמני מקס קרל ארנסט לודוויג פלאנק (1858-1947), שאמר כי ה אנרגיה לא תהיה רציפה, כפי שחשבו בעבר. התיאוריה שלו בעצם אמרה:

אל תפסיק עכשיו... יש עוד אחרי הפרסום;)

"קרינה נקלטת או נפלטת על ידי גוף מחומם לא בצורת גלים, אלא דרך 'חבילות' קטנות של אנרגיה."

הפיזיקאי הגרמני מקס פלאנק בסביבות 1930

אלה "חבילות" קטנות של אנרגיה ששמה מקס פלאנק קוונטית (ריבויו הוא כמה), שמקורו בלטינית ופירושו "כמות", פשוטו כמשמעו "כמה?", ומעביר את הרעיון של יחידה מינימלית שאינה ניתנת לחלוקה; מאז קוונטית זו תהיה יחידת אנרגיה מוגדרת שביחס לתדירות הקרינה. אז הביטוי תורת הקוונטים.

כרגע א קוונטית זה נקרא פוטון.

בנוסף, מדען זה סיפק פונקציה שאפשרה לקבוע את קרינתם של חלקיקים מתנדנדים הפולטים קרינה בגוף שחור:

E = n. ח. v

להיות זה:

n = מספר שלם חיובי;
h = הקבוע של פלאנק (6.626). 10^-34 י. s - ערך קטן מאוד בהשוואה לאנרגיה הנדרשת לביצוע שינויים פיזיקליים או כימיים בחומרים יומיומיים. זה מראה לנו ש- "h" מתייחס לעולם קטן מאוד, העולם הקוונטי);
v = תדירות הקרינה הנפלטת.

בול שהודפס בגרמניה (1994) המציג את גילוי תאוריית הקוונטים של מקס פלאנק^[2]

הקבוע של פלאנק הוא אחד הקבועים החשובים ביותר בעולם הקוונטים, מכיוון שהוא בסיסי להבנת מושגים ופירושים פיזיקלים וכימיים שונים.

תיאוריה זו מראה כי ניתן לחדש את קרינת התדר "v" רק אם מתנד בתדר כזה רכש את האנרגיה המינימלית הדרושה להפעלת התנודה. בטמפרטורות נמוכות, אין מספיק אנרגיה זמינה כדי לגרום לתנודות בתדירות גבוהה; באופן זה, האובייקט אינו מחדש קרינה אולטרה סגולה, ומסיים את האסון האולטרה סגול.

אלברט איינשטיין השתמש בהשערת מקס פלאנק זו כדי להסביר את התוצאות שהושגו בעבודתו על האפקט הפוטואלקטרי בשנת 1905.

מקס פלאנק נחשב לאבי תורת הקוונטים, שזיכתה אותו בפרס נובל לפיזיקה בשנת 1918.

לפיכך, חשוב לציין כי המודל של ה- דואליות גל-חלקיקים של חומר. פירוש הדבר ששתי תיאוריות משמשות להסבר אופי האור: הגל והגוף.

תורת הגלים מסבירה כמה תופעות אור וניתן להדגים אותן על ידי ניסויים מסוימים, ואילו תורת הגלים כי האור מורכב מחלקיקים זעירים של אנרגיה מסביר תופעות אחרות וניתן להוכיח על ידי אחרים ניסויים. אין ניסוי המדגים את שני טבעי האור בו זמנית.

לכן משתמשים בשתי התיאוריות, על פי התופעה הנחקרת.

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

* נקודות זיכוי לתמונות:

[1] מסלול הליכה / Shutterstock.com
[2] בוריס / Shutterstock.com

מאת ג'ניפר פוגאצה
בוגר כימיה