Planck-állandó - ez
Planck-állandó
h, az egyik az egyetemes numerikus természeti állandók, egy része a sok képletek és fizikai törvények, amelyek leírják az anyag viselkedését és energiát a skála a mikrokozmosz. Léte a konstans-ben alakult 1900-ban, a fizika professzora a berlini egyetemen a Max Planck, amely megalapozta a kvantumelmélet. Ő is az előzetes becslés értékét adta. Elfogadott jelenleg egyenlő Planck állandó (6,6260755 ± 0,00023) * 10 -34 J * s. Planck tette a felfedezést, hogy kitalálja elméleti magyarázatot a spektrum által kibocsátott sugárzás fűtött szervek. Ilyen sugárzás kibocsátására az egész test, amely egy nagy számú atommal bármely hőmérsékleten az abszolút nulla, azonban nyilvánvalóvá válik, csak közeli hőmérsékleten a forráspontja 100 ° C, és fölötte. Ezen túlmenően, kiterjed az egész frekvenciatartományt a frekvenciasáv az infravörös, látható és ultraibolya tartományában. A látható fény sugárzás válik elég világos csak körülbelül 550 ° C-on A függőség a sugárzás intenzitása egységnyi idő alatt a frekvencia jellemzi spektrális eloszlás ábrán látható. 1 több értékek a hőmérséklet. A sugárzás intenzitása egy adott értéke a frekvencia, az összeg a sugárzott energia egy keskeny frekvenciasáv közelében ezt a frekvenciát. Terület görbe arányos a teljes kibocsátott energia minden frekvencián. Amint az könnyen belátható, hogy e területen gyorsan növekszik a hőmérséklet emelkedésével.
Ábra. 1. A hősugárzás a frekvenciafüggését intenzitását különböző hőmérsékleteken.
Planck akarta, hogy az elméleti funkciója a spektrális eloszlás és magyarázatot találni a két elsődleges létrehozott kísérleti törvények: a frekvenciája megfelel a legtöbb vakító fényt fűtött test arányos az abszolút hőmérséklettel, és a teljes energia kibocsátott mennyiségét 1 egység területe a felület egy fekete test - a negyedik hatványával annak abszolút hőmérséklet . Az első minta lehet kifejezni képlettel
ahol nm - jelentése megfelel annak a legnagyobb emissziós intenzitást, T - abszolút hőmérséklet a test, és egy - egy állandó tulajdonságaitól függően a kibocsátó objektum. A második minta által adott
ahol E - teljes kibocsátott energia egységnyi felszínre eső 1, s - jellemző állandó kibocsátó objektumot, és a T - abszolút hőmérséklet a test. Az első formula nevezik Wien-féle eltolódási törvény, és a második - a Stefan - Boltzmann. Planck kért e törvények értelmében származnak pontos kifejezést a spektrális eloszlása a kibocsátott energia bármilyen hőmérsékleten. Az univerzális jellegét a jelenség azzal magyarázható, a helyzet a termodinamika második törvénye, ahol a hő hatására végbemenő folyamatokat spontán fizikai rendszer, mindig abba az irányba létrehozásáról termikus egyensúlyi rendszer. Képzeljük el, hogy a két üreges testek és B különböző formájú, különböző méretű és különböző anyagok egyik helyről szembe egymással, ábrán látható. 2. Tegyük fel, hogy A-ból B jön több sugárzás, mint a B-ből az A, akkor a test az elkerülhetetlen lesz melegebb miatt és a mérleg lenne spontán eltört. Ezt a lehetőséget ki van zárva a termodinamika második törvénye, és ezért a két test kell kibocsátania azonos mennyiségű energiát, és így, az s értéke a (2) képlet nem függ a mérete és anyaga a kibocsátó felület, feltéve, hogy az utóbbi jelentése egy bizonyos üreget. Ha az üreg van osztva színes kijelző, leszűrjük, és tükröződik vissza az összes sugárzás kivételével sugárzás egyetlen frekvencia, az összes fenti érvényes maradna. Ez azt jelenti, hogy az összeget a sugárzás által kibocsátott minden egyes üreg minden egyes részét a spektrum, ugyanaz, és a funkció a spektrális eloszlás az üreg a karakter egy egyetemes természeti törvény, amelynek értéke az (1) képletű, mint az s értéke, egy univerzális fizikai állandó.
Ábra. 2. KÉT üreges test különböző formájú, különböző méretű és különböző anyagok, amelyek eredetileg ugyanazon a hőmérsékleten bocsát ki hősugárzást egyenlő intenzitású.
Planck, aki jól beszélt termodinamika, hanem ez egy megoldást a problémára, és próbálgatással, megtalálta a termodinamikai formula, amely lehetővé teszi, hogy kiszámítja a spektrális eloszlás. Az így kapott képlet összhangban volt az összes rendelkezésre álló kísérleti adatok, különösen a tapasztalati képletek (1) és (2). Hogy magyarázza ezt, Planck kihasználta egy ügyes trükk kéri a termodinamika második törvénye. Abban a hitben, hogy a termodinamika az anyag vizsgált jobb, mint a sugárzás a termodinamika, a középpontjában elsősorban az anyagra az üreg falának, de nem a sugárzást is. Mivel az állandók jogszabályok Wien és Stefan - Boltzmann törvény, nem függ a vizsgált anyag jellegétől, Planck volt joga feltételezéseket az anyag a falak. Ő úgy döntött, egy modellt, amelyben a falak állnak, rengeteg apró elektromos töltéssel oszcillátorok, amelyek mindegyike saját frekvenciája. Oscillators hatása alatt beeső sugárzás változhat, így sugárzó energia. Az egész folyamat lehet vizsgálni alapján a jól ismert törvényei elektrodinamika, azaz a funkciója a spektrális eloszlás található kiszámításával átlagos energia oszcillátor különböző frekvenciákon. Rajz szekvenciát érvelés, Plank, alapú kitalálta őket, hogy a megfelelő funkciója a spektrális eloszlása talált egy formulát az átlagos energia U a oszcillátor frekvencia n egy üregben, amely egyensúlyban van az abszolút hőmérséklet T:
ahol b - érték kísérletileg meghatározott k - állandó (az úgynevezett Boltzmann állandó, bár először Planck), amely megjelenik a termodinamika és a gázok kinetikus elméletét. Mivel ez az állandó általában tartalmazza a T tényező, célszerű bevezetni egy új állandó h = bk. Ezután b = h / k, és a (3) képlet lehet átírni
Az új állandó h és a Planck-állandó; Planck számított értéke volt 6,55CH10-34 DzhChs, hogy csak mintegy 1% -kal eltérnek a mai értéket. Planck elmélete lehetővé tette, hogy kifejezze az s érték a (2) képlet a-h, k és a fény sebessége:
ahol c - a fény sebessége. Ha a fénysugarak tekinthető részecskék, amelyek mindegyike egy energia hn, akkor természetes, hogy vállalja a jelenléte minden impulzus p, egyenlő hn / c. Az alapvető összefüggés a hullámhossz l a frekvencia N és a fény sebessége, a következő alakú
úgy, hogy a kifejezés a lendület felírható H / L. 1923-ban, egy végzős hallgató Louis de Broglie azt javasolta, hogy ne csak fényt, hanem minden formája tulajdonát anyag hullám-részecske kettősség, kifejezett arányok
jellemzői között hullámok és a részecskék. Ezt a feltételezést megerősítette, hogy a Planck-állandó univerzális fizikai állandó. Az ő szerepe sokkal jelentősebb volt, mint azt feltételezni, a kezdetektől fogva.
IRODALOM
Quantum mérésügyi és alapvető állandók. M. Schopf 1973 H.-G. Tól Kirchhoff Planck. M. 1981