Теория Макса Планка. Квантовая теория Макса Планка

Стремясь объяснить природу света, шотландский ученый Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879) предложил теорию, согласно которой свет будет состоять из электромагнитные волны. Таким образом, различное видимое (цвета) и невидимое (гамма-лучи, рентгеновские лучи, ультрафиолет, инфракрасные, микроволновые и радиоволны) будут различаться по длинам волн и разные частоты.

Длина волны - это расстояние между двумя последовательными пиками в волне и обозначается греческой буквой лямбда «λ». Частота (f) - это количество колебаний электромагнитной волны в секунду. Эти две величины обратно пропорциональны: чем короче длина волны, тем выше частота и энергия излучения.

Этот способ изучения и понимания света объяснил многие явления, например способ его распространения.

Однако были некоторые аспекты, которые эта теория не объясняла, главным из которых был цвет, который испускали определенные объекты при нагревании. Визуализируется каждый объект, имеющий комнатную температуру, потому что он отражает излучение определенной частоты и определенной длины волны, соответствующей его цвету (видимый свет). Однако в случае с объектами, которые находятся при чрезвычайно высоких температурах, они не отражают падающий на них свет, а скорее излучают собственный свет с достаточной интенсивностью, чтобы мы могли его визуализировать.

Например, железо меняет цвет при повышении температуры. Сначала он становится красным, затем желтым, затем белым, а при очень высоких температурах белый становится слегка синим.

Изучая это явление, ученые измерили интенсивность излучения на каждой длине волны и повторили измерения для диапазона разных температур. Немецкий физик Густав Роберт Кирхгоф (1824-1887) обнаружил, что это излучение это просто зависело от температуры, а не от материала.

Объект, который действует таким образом, ученые стали называть черное тело. Он нет он назван так из-за своего цвета, так как он не обязательно темный, наоборот, он часто светится белым. Это название происходит от того факта, что объект не способствует поглощению или излучению определенной длины волны, поскольку в то время как белый отражает все цвета (видимое излучение на разных длинах волн), черный не отражает ни одного цвет. Черное тело поглощает все падающее на него излучение.

Поэтому, когда ученые пытались объяснить законы излучения черного тела, полученные экспериментально данные оказались несовместимыми с волновой теорией Максвелла. Хуже того, результаты указали на катастрофическую ситуацию, которая стала известна как ультрафиолетовая катастрофа. Классическая физика утверждала, что любое черное тело при любой ненулевой температуре должно излучать очень интенсивное ультрафиолетовое излучение, т.е. Это означает, что нагрев любого объекта приведет к разрушению вокруг него из-за излучения высокой радиации. частоты. В том числе человеческое тело с температурой 37 ° C будет светиться в темноте!

Но мы знаем, что этого не происходит в повседневной жизни, так что же тут плохого?

Пришло правильное объяснение 1900 немецким физиком и математиком Макс Карл Эрнест Людвиг Планк (1858-1947), который сказал, что энергия не будет непрерывной, как считалось ранее. Его теория в основном гласила:

Не останавливайся сейчас... После рекламы есть еще кое-что;)

«Излучение поглощается или испускается нагретым телом не в форме волн, а через небольшие« пакеты »энергии».

Немецкий физик Макс Планк, около 1930 г.

Эти маленькие «пакеты» энергии Макс Планк назвал квант (множественное число сколько), что происходит от латинского и означает «количество», буквально «сколько?», передавая идею минимальной неделимой единицы; так как квант это была бы определенная единица энергии, пропорциональная частоте излучения. Вот когда выражение квантовая теория.

в настоящее время квант это называется фотон.

Кроме того, этот ученый предоставил функцию, позволяющую определять излучение колеблющихся частиц, излучающих излучение в черном теле:

Е = п. ЧАС. v

Быть тем:

n = положительное целое число;
h = постоянная Планка (6,626). 10^-34 Дж. s - очень малая величина по сравнению с энергией, необходимой для выполнения физических или химических изменений в повседневных материалах. Это показывает нам, что «h» относится к очень маленькому миру, квантовому миру);
v = частота испускаемого излучения.

Марка, напечатанная в Германии (1994 г.), показывающая открытие квантовой теории Макса Планка.^[2]

Постоянная Планка - одна из самых важных констант в квантовом мире, поскольку она имеет фундаментальное значение для понимания различных физических и химических концепций и интерпретаций.

Эта теория показывает, что излучение с частотой «v» может быть восстановлено только в том случае, если осциллятор такой частоты приобрел минимальную энергию, необходимую для начала колебания. При низких температурах не хватает энергии, чтобы вызвать высокочастотные колебания; таким образом объект не регенерирует ультрафиолетовое излучение, прекращая ультрафиолетовую катастрофу.

Альберт Эйнштейн использовал эту гипотезу Макса Планка для объяснения результатов, полученных в его работе по фотоэлектрическому эффекту в 1905 году.

Макс Планк считается отцом квантовой теории, которая принесла ему Нобелевскую премию по физике в 1918 году.

Таким образом, важно отметить, что модель волновая дуальность материи. Это означает, что для объяснения природы света используются две теории: волновая и корпускулярная.

Волновая теория объясняет некоторые световые явления и может быть продемонстрирована определенными экспериментами, тогда как волновая теория тот факт, что свет состоит из крошечных частиц энергии, объясняет другие явления и может быть доказан другими эксперименты. Не существует эксперимента, демонстрирующего одновременно две природы света.

Поэтому используются обе теории в зависимости от изучаемого явления.

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

* Авторские права на изображения:

[1] подиум / Shutterstock.com
[2] Борис15 / Shutterstock.com

Дженнифер Фогача
Окончила химический факультет