constanta lui Planck
h, una dintre constantele numerice universale ale naturii, o parte din mai multe formule și legi fizice care descriu comportamentul materiei și energiei pe scara microcosmosului. Existența acestei constante a fost înființată în 1900, profesor de fizica la Universitatea din Berlin, în Max Planck, care a pus bazele teoriei cuantice. De asemenea, el a fost dat estimare preliminară a valorii sale. Acceptat în prezent egală cu constanta lui Planck (6,6260755 ± 0,00023) * 10 -34 J * s. Planck a făcut descoperirea, încearcă să găsească o explicație teoretică a spectrului radiațiilor emise de corpurile încălzite. O astfel de radiație emit tot corpul, constând dintr-un număr mare de atomi la orice temperatură peste zero absolut, cu toate acestea, devine evident doar la temperaturi apropiate de temperatura de fierbere de 100 ° C și deasupra ei. În plus, acesta acoperă întregul spectru de frecvență al benzii de frecvențe radio de la regiunile infraroșii, vizibile și ultraviolete. În radiația de lumină vizibilă devine suficient de luminos numai la aproximativ 550 ° C Dependența intensității radiației pe unitatea de timp de frecvență este caracterizată prin distribuții spectrale prezentate în Fig. 1 pentru mai multe valori ale temperaturii. Intensitatea radiației la o anumită valoare a frecvenței este, cantitatea de energie radiată într-o bandă îngustă de frecvență în apropierea acestei frecvențe. Curba Zona proporțională cu energia totală emisă la toate frecvențele. După cum este ușor de văzut, această zonă crește rapid odată cu creșterea temperaturii.
Fig. 1. Radiația termică a frecvenței asupra intensității la diferite temperaturi.
Planck a vrut să aducă funcția teoretică a distribuției spectrale și de a găsi o explicație a două prime stabilit legile experimentale: frecvența corespunzătoare strălucire mai luminos corp încălzit este proporțională cu temperatura absolută, iar energia totală emisă per 1 unitate de suprafață suprafața unui corp negru - a patra putere a temperaturii sale absolute . Primul model poate fi exprimată prin formula
unde nm - frecvență care corespunde intensității maxime de emisie, T - temperatura absolută a corpului, și - o constantă în funcție de proprietățile obiectului emițătoare. Al doilea model este dată de
unde E - energia totală emisă pe unitatea de suprafață 1, s - caracterizantă constante care emit obiect, și T - temperatura absolută a corpului. Prima formulă se numește legea de deplasare Wien, iar al doilea - de Stefan - Boltzmann. Planck a căutat în baza acestor legi derivă expresia exactă pentru distribuția spectrală a energiei emise la orice temperatură. Caracterul universal al fenomenului poate fi explicat din poziția a doua lege a termodinamicii, în care procesele termice care au loc în mod spontan într-un sistem fizic, întotdeauna în direcția stabilirii unui sistem de echilibru termic. Imaginați-vă că două corpuri tubulare A și B de diferite forme, dimensiuni diferite și din materiale diferite, de la un punct în fața celuilalt, așa cum se arată în Fig. 2. Presupunând că de la A la B, vine mai mult de radiatii de la B la A, apoi corpul în inevitabilul ar deveni mai cald din cauza A și echilibrul va fi rupt spontan. Această posibilitate este exclusă de a doua lege a termodinamicii și, prin urmare, cele două organisme trebuie să emită aceeași cantitate de energie și, prin urmare, valoarea s în formula (2) nu depinde de mărimea și materialul suprafeței emițătoare, cu condiția ca acesta din urmă reprezintă o anumită cavitate. În cazul în care cavitatea este divizat ecran color, care este filtrat și reflectată înapoi la toate radiațiile, cu excepția radiațiilor cu o singură frecvență, toate cele de mai sus ar rămâne valabile. Aceasta înseamnă că, cantitatea de radiație emisă de fiecare cavitate în fiecare porțiune a spectrului, este aceeași și funcția distribuției spectrale pentru cavitatea are caracterul unei legi universale a naturii, cu o valoare în formula (1), cum ar fi valoarea s, o constantă fizică universală.
Fig. 2. DOUĂ BODY forme TUBULARE, diferite dimensiuni și din diferite materiale care au fost inițial la aceeași temperatură emit radiație termică de intensitate egală.
Planck, care a vorbit termodinamica bune, ci mai degrabă este o soluție la problema și, prin încercare și eroare, a găsit formula termodinamică, care permite să se calculeze funcția de distribuție spectrală. Formula rezultată a fost in concordanta cu toate datele experimentale disponibile, în special, cu formulele empirice (1) și (2). Pentru a explica acest lucru, Planck a profitat de un truc inteligent determinat de a doua lege a termodinamicii. Crezând că termodinamica substanței studiate este mai bună decât termodinamica de radiații, sa concentrat în principal pe materialul de pereții cavității, dar nu pe radiații în cadrul acesteia. Deoarece constantele legilor Wien si Stefan - Boltzmann, nu depinde de natura substanței, Planck a avut dreptul de a face presupuneri cu privire la materialul pereților. El a ales un model în care pereții constau dintr-un număr mare de mici oscilatoare încărcate electric, fiecare cu propria frecventa. Oscilatorii sub influența radiațiilor incidente poate varia, radiază energie. Întregul proces poate fi investigat pe baza bine cunoscute legile electrodinamicii, adică, funcția distribuției spectrale poate fi găsit prin calcularea energiei medii a oscilatoare cu frecvențe diferite. Desen raționament secvență, Plank, bazat le ghicit la funcționarea corectă a distribuției spectrale a găsit o formulă pentru energia medie U a oscilatorului cu n frecvență într-o cavitate care este în echilibru cu temperatura absolută T:
unde b - valoarea determinată experimental și k - constantă (numită constanta Boltzmann, deși introdus de Planck), care apare in termodinamica si teoria cinetică a gazelor. Deoarece această constantă este de obicei inclus cu factorul T, este convenabil să se introducă o nouă constantă h = bk. Apoi, b = h / k și formula (3) poate fi rescrisă ca
Noul h constanta si este constanta lui Planck; Planck calculată valoarea sa a fost 6,55CH10-34 DzhChs că doar aproximativ 1% diferită de valoarea de azi. Teoria lui Planck a permis să-și exprime valoarea lui S în formula (2) prin intermediul h, k și viteza luminii:
unde c - viteza luminii. Dacă razele de lumină considerate ca niște particule din care fiecare are o hn energie, atunci este firesc să presupunem prezența fiecărui impuls p, hn egal / c. Relația fundamentală dintre lungimea de unda l cu frecvența n și viteza luminii, are forma
astfel încât expresia impulsului poate fi scris ca h / l. În 1923, un student absolvent Louis de Broglie a sugerat că nu numai lumina, ci și toate formele de proprietate a materiei dualității undă-particulă, exprimată în rapoarte
între caracteristicile undelor și particulelor. Această ipoteză a fost confirmată, ceea ce face constanta constanta fizica universala Planck. Rolul ei a fost mult mai important decât s-ar putea asuma încă de la început.
REFERINȚE
metrologie Quantum și constante fundamentale. M. Schopf 1973 H.-G. De la Kirchhoff Planck. M. 1981