Max Planck teori. Max Plancks kvanteteori

Søker å forklare lysets natur, foreslo den skotske forskeren James Clerk Maxwell (1831-1879) teorien om at lys ville bestå av elektromagnetiske bølger. Dermed er de forskjellige synlige (farger) og usynlige (gammastråler, røntgenstråler, ultrafiolett, infrarød, mikrobølgeovn og radiobølger) kunne skilles ved å ha bølgelengder og forskjellige frekvenser.

Bølgelengden er avstanden til to påfølgende topper i en bølge og er representert med den greske bokstaven lambda “λ”. Frekvens (f) er antall oscillasjoner av den elektromagnetiske bølgen per sekund. Disse to størrelsene er omvendt proporsjonale, jo kortere bølgelengde, jo høyere er frekvensen og energien til strålingen.

Denne måten å studere og forstå lys på forklarte mange fenomener, for eksempel måten det ble spredt på.

Imidlertid var det noen aspekter som denne teorien ikke forklarte, den viktigste var fargen som visse gjenstander sendte ut da de ble oppvarmet. Hvert objekt som har romtemperatur visualiseres fordi det reflekterer stråling ved en bestemt frekvens og med en viss bølgelengde som tilsvarer fargen (synlig lys). Imidlertid, når det gjelder gjenstander som har ekstremt høye temperaturer, reflekterer de ikke noe lys som har falt på dem, men avgir heller eget lys i tilstrekkelig intensitet til at vi kan visualisere.

For eksempel skifter jern farge når temperaturen øker. Den blir først rød, deretter gul, så hvit, og ved ekstremt høye temperaturer blir hvit litt blå.

Ved å studere dette fenomenet, målte forskere intensiteten av stråling ved hver bølgelengde og gjentok målingene for en rekke forskjellige temperaturer. Den tyske fysikeren Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) oppdaget at dette sendte ut stråling det var bare avhengig av temperaturen, ikke materialet.

Et objekt som fungerer på denne måten ble kalt av forskere som svart kropp. Han Nei den heter så på grunn av fargen, da den ikke nødvendigvis er mørk, tvert imot lyser den ofte hvit. Dette navnet kommer av det faktum at objektet ikke favoriserer absorpsjon eller utslipp av en bølgelengde, siden mens hvitt reflekterer alle farger (synlig stråling i forskjellige bølgelengder), svart reflekterer ingen farge. Den svarte kroppen absorberer all stråling som faller på den.

Så da forskere prøvde å forklare lovene for svart kroppsstråling, viste dataene som ble innhentet eksperimentelt, uforenlige med Maxwells bølgeteori. Verre enn det, pekte resultatene på en katastrofal situasjon, som ble kjent som ultrafiolett katastrofe. Klassisk fysikk sa at en hvilken som helst svart kropp ved en temperatur som ikke er null, skal avgi veldig intens ultrafiolett stråling noe som betyr at oppvarming av et hvilket som helst objekt vil føre til ødeleggelser rundt det gjennom utslipp av høy stråling frekvenser. Gjelder også en menneskekropp med en temperatur på 37 ° C ville lyse i mørket!

Men vi vet at det ikke skjer i hverdagen, så hva ville være galt?

Den riktige forklaringen kom inn 1900 av tysk fysiker og matematiker Max Karl Ernest Ludwig Planck (1858-1947), som sa at energi ville ikke være kontinuerlig, som tidligere antatt. Teorien hans sa i utgangspunktet:

"Stråling absorberes eller sendes ut av en oppvarmet kropp, ikke i form av bølger, men gjennom små" pakker "med energi."

Den tyske fysikeren Max Planck ca 1930

Disse små "pakkene" med energi heter Max Planck kvante (flertallet er hvor mye), som kommer fra latin og betyr "mengde", bokstavelig talt "hvor mye?", og viderefører ideen om en minimal, udelelig enhet; siden kvante det ville være en bestemt enhet av energi proporsjonal med frekvensen av stråling. Det er da uttrykket kvanteteori.

for tiden en kvante det heter foton.

I tillegg ga denne forskeren en funksjon som gjorde det mulig å bestemme strålingen av oscillerende partikler som avgir stråling i en svart kropp:

E = n. H. v

Være det:

n = positivt heltall;
h = Plancks konstant (6,626). 10^-34 J. s - veldig liten verdi sammenlignet med energien som kreves for å utføre fysiske eller kjemiske endringer i dagligdagse materialer. Dette viser oss at “h” refererer til en veldig liten verden, kvanteverdenen);
v = frekvens av utstrålt stråling.

Frimerke trykt i Tyskland (1994) som viser oppdagelsen av Max Plancks kvanteteori^[2]

Plancks konstant er en av de viktigste konstantene i kvanteverdenen, da den er grunnleggende for å forstå ulike fysiske og kjemiske begreper og tolkninger.

Denne teorien viser at stråling av frekvensen “v” bare kan regenereres hvis en oscillator med en slik frekvens har tilegnet seg den minste energien som er nødvendig for å starte svingningen. Ved lave temperaturer er det ikke nok energi tilgjengelig for å indusere høyfrekvente svingninger; på denne måten regenererer ikke objektet ultrafiolett stråling, og avslutter den ultrafiolette katastrofen.

Albert Einstein brukte denne Max Planck-hypotesen for å forklare resultatene oppnådd i sitt arbeid med den fotoelektriske effekten i 1905.

Max Planck regnes som faren til kvanteteorien, som ga ham Nobelprisen i fysikk i 1918.

Dermed er det viktig å påpeke at modellen til bølge-partikkel dualitet av materie. Dette betyr at begge teoriene brukes til å forklare lysets natur: bølgen og det korpuskulære.

Bølgeteorien forklarer noen lysfenomener og kan demonstreres ved visse eksperimenter, mens bølgeteorien at lys består av små energipartikler forklarer andre fenomener og kan bevises av andre eksperimenter. Det er ikke noe eksperiment som demonstrerer de to naturene samtidig.

Derfor brukes begge teoriene, ifølge fenomenet som studeres.

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

* Redaksjonelle kreditter for bildene:

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

Av Jennifer Fogaça
Uteksamen i kjemi

Kilde: Brasilskolen - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/teoria-max-planck.htm