V snahe vysvetliť podstatu svetla škótsky vedec James Clerk Maxwell (1831-1879) navrhol teóriu, že svetlo bude pozostávať z elektromagnetické vlny. Teda rôzne viditeľné (farby) a neviditeľné (gama lúče, röntgenové lúče, ultrafialové, infračervené, mikrovlnné a rádiové vlny) by sa vyznačovali vlnovými dĺžkami a rôzne frekvencie.
Vlnová dĺžka je vzdialenosť dvoch po sebe idúcich vrcholov vo vlne a je reprezentovaná gréckym písmenom lambda „λ“. Frekvencia (f) je počet kmitov elektromagnetickej vlny za sekundu. Tieto dve veličiny sú nepriamo úmerné, čím je vlnová dĺžka kratšia, tým vyššia je frekvencia a energia žiarenia.
Tento spôsob štúdia a porozumenia svetlu vysvetľoval mnoho javov, napríklad spôsob jeho šírenia.
Existovali však niektoré aspekty, ktoré táto teória nevysvetlila, hlavným z nich bola farba, ktorú určité objekty vyžarovali pri zahrievaní. Každý objekt, ktorý má izbovú teplotu, je vizualizovaný, pretože odráža žiarenie na určitej frekvencii a na určitej vlnovej dĺžke, ktorá zodpovedá jeho farbe (viditeľné svetlo). Avšak v prípade objektov, ktoré sú pri extrémne vysokých teplotách, neodrážajú žiadne svetlo, ktoré na ne dopadlo, ale skôr vyžarujú vlastné svetlo v dostatočnej intenzite na to, aby sme si ho mohli predstaviť.
Napríklad železo mení farbu, keď sa zvyšuje jeho teplota. Najskôr sa sfarbí do červena, potom do žlta, potom do biela a za extrémne vysokých teplôt sa biela zafarbí do mierne modra.
Pri štúdiu tohto javu vedci merali intenzitu žiarenia pri každej vlnovej dĺžke a merania opakovali pre rozsah rôznych teplôt. Nemecký fyzik Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) zistil, že toto vyžaruje žiarenie len to záviselo od teploty, nie od materiálu.
Objekt, ktorý takto koná, začali vedci nazývať ako čierne telo. On č je tak pomenovaný kvôli svojej farbe, pretože nemusí byť nevyhnutne tmavý, naopak, často žiari bielou farbou. Tento názov pochádza zo skutočnosti, že objekt od tej doby nepodporuje absorpciu alebo emisiu vlnovej dĺžky biela odráža všetky farby (viditeľné žiarenie pri rôznych vlnových dĺžkach), čierna odráža žiadne farba. Čierne telo absorbuje všetko žiarenie, ktoré na neho dopadá.
Keď sa teda vedci snažili vysvetliť zákony žiarenia čierneho tela, získané experimentálne údaje sa ukázali ako nezlučiteľné s Maxwellovou vlnovou teóriou. Horšie však bolo, že výsledky poukazovali na katastrofickú situáciu, ktorá sa stala známou ako ultrafialová katastrofa. Klasická fyzika uviedla, že každé čierne teleso pri akejkoľvek nenulovej teplote by malo vyžarovať veľmi intenzívne ultrafialové žiarenie, tzv čo znamená, že zahriatie ktoréhokoľvek objektu by viedlo k devastácii jeho okolia prostredníctvom emisie vysokého žiarenia frekvencie. Počítajúc do toho ľudské telo s teplotou 37 ° C by v tme zažiarilo!
Ale vieme, že sa to nestáva v každodennom živote, tak čo by sa stalo?
Prišlo správne vysvetlenie 1900 nemecký fyzik a matematik Max Karl Ernest Ludwig Planck (1858-1947), ktorý uviedol, že energia by nebola spojitá, ako sa doteraz myslelo. Jeho teória v podstate hovorila:
„Žiarenie absorbuje alebo emituje vyhrievané teleso nie vo forme vĺn, ale prostredníctvom malých„ balíkov “energie.“
Nemecký fyzik Max Planck okolo roku 1930
Tieto malé „balíčky“ energie pomenoval Max Planck kvantová (jeho množné číslo je koľko), ktorý pochádza z latinčiny a znamená „množstvo“, doslova „koľko?“, čím sa prenáša myšlienka minimálnej, nedeliteľnej jednotky; od kvantová bola by to jednoznačná jednotka energie úmerná frekvencii žiarenia. Vtedy je výraz kvantová teória.
momentálne a kvantová volá sa to fotón.
Okrem toho tento vedec poskytol funkciu, ktorá umožňovala určiť žiarenie oscilujúcich častíc, ktoré emitujú žiarenie v čiernom tele:
E = n. H. v
A to:
n = kladné celé číslo;
h = Planckova konštanta (6,626). 10-34 J. s - veľmi malá hodnota v porovnaní s energiou potrebnou na uskutočnenie fyzikálnych alebo chemických zmien v materiáloch každodennej potreby. To nám ukazuje, že „h“ označuje veľmi malý svet, kvantový svet);
v = frekvencia emitovaného žiarenia.
![Známka vytlačená v Nemecku (1994) zobrazujúca objav kvantovej teórie Maxa Plancka [2]](/f/4231d982fcf71c7d9fa2774ca7505c1a.jpg "Kvantová teória Maxa Plancka")
Známka vytlačená v Nemecku (1994), ktorá ukazuje objav kvantovej teórie Maxa Plancka[2]
Planckova konštanta je jednou z najdôležitejších konštánt v kvantovom svete, pretože je základom pre pochopenie rôznych fyzikálnych a chemických konceptov a interpretácií.
Táto teória ukazuje, že žiarenie frekvencie „v“ je možné regenerovať, iba ak oscilátor s takouto frekvenciou získal minimálnu energiu potrebnú na spustenie oscilácie. Pri nízkych teplotách nie je k dispozícii dostatok energie na vyvolanie vysokofrekvenčných oscilácií; týmto spôsobom objekt neregeneruje ultrafialové žiarenie, čím končí ultrafialová katastrofa.
Albert Einstein použil túto hypotézu Maxa Plancka na vysvetlenie výsledkov získaných pri svojej práci o fotoelektrickom efekte v roku 1905.
Max Planck je považovaný za otca kvantovej teórie, ktorá mu v roku 1918 vyniesla Nobelovu cenu za fyziku.
Je teda dôležité poukázať na to, že model dualita vlnových častíc hmoty. To znamená, že obe teórie sa používajú na vysvetlenie podstaty svetla: vlna a korpuskulárne.
Teória vĺn vysvetľuje niektoré svetelné javy a je možné ju demonštrovať určitými experimentmi, zatiaľ čo teória vĺn že svetlo je zložené z drobných častíc energie vysvetľuje ďalšie javy a môžu ho dokázať iní experimenty. Neexistuje žiadny experiment, ktorý by demonštroval dve podstaty svetla súčasne.
Preto sa používajú obe teórie podľa študovaného javu.
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
* Redakčné kredity za obrázky:
[1] mólo / Shutterstock.com
[2] Boris15 / Shutterstock.com
Autor: Jennifer Fogaça
Vyštudoval chémiu
Zdroj: Brazílska škola - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/teoria-max-planck.htm