Konstantna daska j s. Konstanta šipke i geometrija kvantne prirode svjetlosti

DASKA KONSTANTNAh, jedna od univerzalnih numeričkih konstanti prirode, uključena u mnoge formule i fizikalni zakoni opisivanje ponašanja materije i energije na ljestvici mikrosvijeta. Postojanje ove konstante utvrdio je 1900. godine profesor fizike Berlinsko sveučilište M.Plankom u radu koji je postavio temelje kvantne teorije. Dali su i preliminarnu procjenu njegove veličine. Trenutno prihvaćena vrijednost Planckove konstante je (6,6260755 ± 0,00023) H 10 -34 JH s.

Planck je došao do ovog otkrića pokušavajući pronaći teorijsko objašnjenje za spektar zračenja koje emitiraju zagrijana tijela. Takvo zračenje emitiraju sva tijela koja se sastoje od veliki broj atoma, na bilo kojoj temperaturi iznad apsolutna nula, međutim, postaje vidljiv tek na temperaturama blizu vrelišta vode od 100 ° C i iznad nje. Osim toga, pokriva cijeli frekvencijski spektar od radio frekvencije do infracrvenog, vidljivog i ultraljubičastog. U području vidljivog svjetla, zračenje postaje dovoljno svijetlo tek pri približno 550 ° C. Frekvencijska ovisnost intenziteta zračenja po jedinici vremena karakterizirana je spektralnim raspodjelama prikazanim na sl. 1 za više temperatura. Intenzitet zračenja na danoj vrijednosti frekvencije je količina energije emitirane u uskom frekvencijskom pojasu u blizini dane frekvencije. Područje krivulje proporcionalno je ukupnoj energiji koja se zrači na svim frekvencijama. Lako je vidjeti da se ovo područje brzo povećava s porastom temperature.

Planck je želio teoretski izvesti funkciju spektralne distribucije i pronaći objašnjenje za dvije jednostavne eksperimentalne pravilnosti: frekvencija koja odgovara najsjajnijem sjaju zagrijanog tijela proporcionalna je apsolutnoj temperaturi, a ukupna energija zračila za 1 s jediničnom površinom od ​površina potpuno crnog tijela je četvrti stepen njegove apsolutne temperature.

Prva pravilnost može se izraziti formulom

gdje nm je frekvencija koja odgovara maksimalnom intenzitetu zračenja, T je apsolutna tjelesna temperatura, i a je konstanta koja ovisi o svojstvima objekta koji emitira. Druga pravilnost izražena je formulom

gdje E je ukupna energija koju emitira jedna površina u 1 s, s je konstanta koja karakterizira zrači objekt, i T je apsolutna tjelesna temperatura. Prva formula se zove Wienov zakon pomaka, a druga Stefan-Boltzmannov zakon. Na temelju ovih zakona, Planck je pokušao izvesti točan izraz za spektralnu raspodjelu zračene energije na bilo kojoj temperaturi.

Univerzalna priroda fenomena mogla bi se objasniti sa stajališta drugog zakona termodinamike, prema kojem toplinski procesi koji se spontano odvijaju u fizičkom sustavu uvijek idu u smjeru uspostavljanja toplinske ravnoteže u sustavu. Zamislite ta dva šuplja tijela ALI I U različitih oblika, različitih veličina i od različitih materijala s istom temperaturom, okrenuti jedan prema drugome, kao što je prikazano na sl. 2. Ako pretpostavimo da od ALI u U dolazi više zračenja nego U u ALI, zatim tijelo U neizbježno bi postalo toplije zbog ALI a ravnoteža bi se spontano pokvarila. Tu mogućnost isključuje drugi zakon termodinamike, pa prema tome oba tijela moraju zračiti jednaku količinu energije, a samim tim i veličinu s u formuli (2) ne ovisi o veličini i materijalu zračeće površine, pod uvjetom da je potonja svojevrsna šupljina. Kad bi šupljine bile odvojene ekranom u boji koji bi filtrirao i reflektirao sve zračenje, osim zračenja bilo koje frekvencije, onda bi sve rečeno ostalo istinito. To znači da je količina zračenja koju emitira svaka šupljina u svakom dijelu spektra ista, a funkcija spektralne raspodjele za šupljinu ima karakter univerzalnog zakona prirode, a vrijednost a u formuli (1), poput vrijednosti s, je univerzalna fizička konstanta.

Planck, koji je bio dobro upućen u termodinamiku, preferirao je upravo takvo rješenje problema i, djelujući pokušajima i pogreškama, pronašao je termodinamičku formulu koja mu je omogućila izračunavanje spektralne funkcije raspodjele. Dobivena formula slagala se sa svim dostupnim eksperimentalnim podacima, a posebno s empirijskim formulama (1) i (2). Kako bi to objasnio, Planck je upotrijebio pametan trik koji je predložio drugi zakon termodinamike. S pravom smatrajući da je termodinamika materije bolje proučena od termodinamike zračenja, on je svoju pozornost usmjerio uglavnom na materiju stijenki šupljine, a ne na zračenje unutar nje. Budući da konstante uključene u Wienove i Stefan-Boltzmannove zakone ne ovise o prirodi tvari, Planck je mogao napraviti bilo kakve pretpostavke o materijalu zidova. Odabrao je model u kojem su zidovi sastavljeni od ogromnog broja sićušnih električno nabijenih oscilatora, svaki sa svojom frekvencijom. Oscilatori pod djelovanjem zračenja upadnog na njih mogu oscilirati, zračeći energiju. Cijeli proces mogao bi se istražiti na temelju dobro poznatih zakona elektrodinamike, t.j. funkcija spektralne distribucije mogla bi se pronaći izračunom prosječne energije oscilatora različitih frekvencija. Obrnuvši slijed razmišljanja, Planck je, na temelju ispravne funkcije spektralne distribucije koju je pogodio, pronašao formulu za prosječnu energiju U oscilator s frekvencijom n u šupljini u ravnoteži pri apsolutnoj temperaturi T:

gdje b je vrijednost određena eksperimentalno, i k- konstantan (tzv Boltzmannova konstanta, iako ga je prvi uveo Planck), koji se pojavljuje u termodinamici i kinetička teorija plinovi. Budući da ova konstanta obično dolazi s faktorom T, zgodno je uvesti novu konstantu h= bk. Zatim b = h/k a formula (3) se može prepisati kao

Nova konstanta h i je Planckova konstanta; njegova vrijednost koju je Planck izračunao bila je 6,55 H 10 -34 JH s, što je samo oko 1% različito od suvremene vrijednosti. Planckova teorija omogućila je izražavanje količine s u formuli (2) do h, k i brzina svjetlosti iz:

Ovaj se izraz slagao s eksperimentom u onoj mjeri u kojoj su konstante bile poznate; točnija mjerenja kasnije nisu našla nikakva odstupanja.

Dakle, problem objašnjenja funkcije spektralne distribucije sveden je na "jednostavniji" problem. Trebalo je objasniti koje je fizičko značenje konstante h ili, bolje rečeno, radi hn. Planckovo otkriće bilo je da se njegovo fizičko značenje može objasniti samo uvođenjem potpuno novog koncepta "kvanta energije" u mehaniku. Planck je 14. prosinca 1900. na sastanku Njemačkog fizikalnog društva u svom izvješću pokazao da se formula (4), a time i ostale formule, mogu objasniti ako pretpostavimo da je oscilator s frekvencijom n razmjenjuje energiju s elektromagnetskim poljem ne kontinuirano, već kao u fazama, dobivajući i gubeći svoju energiju u diskretnim dijelovima, kvantima, od kojih je svaki jednak hn. TOPLINA; TERMODINAMIKA. Posljedice Planckovog otkrića izložene su u člancima FOTOELEKTRIČNI EFEKAT; COMPTON EFFECT; ATOM; STRUKTURA ATOMA; KVANTNA MEHANIKA.

Kvantna mehanika je opća teorija pojava na ljestvici mikrokozmosa. Planckovo otkriće se sada pojavljuje kao važna posljedica posebne prirode koja proizlazi iz jednadžbi ove teorije. Konkretno, pokazalo se da vrijedi za svi procesi izmjene energije koji se odvijaju tijekom oscilatorno kretanje, na primjer u akustici i elektromagnetske pojave. To objašnjava veliku prodornu moć X-zraka, čije su frekvencije 100-10 000 puta veće od frekvencija karakterističnih za vidljivu svjetlost, a čiji kvanti imaju odgovarajuću veću energiju. Planckovo otkriće služi kao osnova za cjelokupnu valnu teoriju materije valna svojstva elementarne čestice i njihove kombinacije.

između karakteristika vala i čestice. Ova hipoteza je potvrđena, što je Planckovu konstantu učinilo univerzalnom fizičkom konstantom. Njezina se uloga pokazala mnogo značajnijom nego što se moglo pretpostaviti od samog početka.

· Mješovito stanje · Mjerenje · Nesigurnost · Paulijev princip · Dualizam · Dekoherencija · Ehrenfestov teorem · Efekt tunela

Vidi također: Portal:Fizika

fizičko značenje

U kvantnoj mehanici, zamah ima fizičko značenje valnog vektora, energija - frekvencije, a djelovanje - valne faze, međutim, tradicionalno (povijesno) mehaničke veličine mjere se u drugim jedinicama (kg m / s, J, J s) od odgovarajući val (m −1, s −1, bezdimenzionalne fazne jedinice). Planckova konstanta igra ulogu faktora konverzije (uvijek isti) koji povezuje ova dva sustava jedinica - kvantni i tradicionalni:

\mathbf p = \hbar \mathbf k(puls) (|\mathbf p|= 2 \pi \hbar / \lambda) E = \hbar \omega(energija) S = \hbar \phi(akcijski)

Ako sustav fizičke jedinice nastala nakon pojave kvantne mehanike i prilagođena da pojednostavi osnovne teorijske formule, Planckova konstanta bi vjerojatno jednostavno bila jednaka jedan ili barem zaokruženijem broju. U teorijskoj fizici sustav jedinica s \hbar = 1, u tome

\mathbf p = \mathbf k (|\mathbf p|= 2 \pi / \lambda) E = \omega S = \phi (\hbar = 1).

Planckova konstanta također ima jednostavnu evaluacijsku ulogu u razgraničavanju područja primjenjivosti klasične i kvantne fizike: ona, u usporedbi s veličinom djelovanja ili vrijednostima kutnog momenta karakterističnim za sustav koji se razmatra, ili produktima karakterističnog momenta karakterističnom veličinom, ili karakterističnom energijom po karakterističnom vremenu, pokazuje koliko je klasična mehanika primjenjiva na dani fizički sustav. Naime, ako S je rad sustava, i M je onda njegov kutni moment \frac(S)(\hbar)\gg1 ili \frac(M)(\hbar)\gg1 ponašanje sustava s dobrom točnošću opisuje klasična mehanika. Ove su procjene prilično izravno povezane s Heisenbergovim odnosima nesigurnosti.

Povijest otkrića

Planckova formula za toplinsko zračenje

Planckova formula - izraz za spektralnu gustoću snage zračenja crnog tijela, koju je dobio Max Planck za ravnotežnu gustoću zračenja u(\omega, T). Planckova formula dobivena je nakon što je postalo jasno da Rayleigh-Jeansova formula zadovoljavajuće opisuje zračenje samo u području dugih valova. Godine 1900. Planck je predložio formulu s konstantom (kasnije nazvanu Planckova konstanta), koja se dobro slagala s eksperimentalnim podacima. Istovremeno, Planck je vjerovao da je ova formula samo uspješan matematički trik, ali da nema fizičko značenje. Odnosno, Planck nije pretpostavio da se elektromagnetsko zračenje emitira u obliku odvojenih dijelova energije (kvanta), čija je veličina povezana s cikličkom frekvencijom zračenja izrazom:

\varepsilon = \hbar \omega.

Faktor proporcionalnosti \hbar naknadno pozvan Planckova konstanta, \hbar= 1,054 10 −34 J s.

fotoelektrični efekt

Fotoelektrični efekt je emisija elektrona tvari pod utjecajem svjetlosti (i, općenito govoreći, bilo kojeg elektromagnetskog zračenja). Kod kondenziranih tvari (krutih i tekućih) razlikuju se vanjski i unutarnji fotoelektrični efekti.

Zatim se ista fotoćelija ozračuje monokromatskom svjetlošću s frekvencijom \nu_2 a na isti način ga zaključavaju uz pomoć napona U_2:

h\nu_2=A+eU_2.

Oduzimajući drugi izraz član po član od prvog, dobivamo

h(\nu_1-\nu_2)=e(U_1-U_2),

odakle slijedi

h=\frac (e(U_1-U_2))((\nu_1-\nu_2)).

Analiza spektra kočnog zračenja

Ova metoda se smatra najtočnijom od postojećih. Koristi se činjenica da frekvencijski spektar rendgenskih zraka kočnog zračenja ima oštru gornju granicu, nazvanu ljubičasta granica. Njegovo postojanje proizlazi iz kvantnih svojstava elektromagnetskog zračenja i zakona održanja energije. Stvarno,

h\frac(c)(\lambda)=eU,

gdje c- brzina svjetlosti,

\lambda- valna duljina rendgenskog zračenja, e je naboj elektrona, U- ubrzavajući napon između elektroda rendgenske cijevi.

Tada je Planckova konstanta

h=\frac((\lambda)(Ue))(c).

Napišite recenziju na članak "Planck Constant"

Bilješke

Književnost

  • John D. Barrow. Konstante prirode; Od alfe do omega - brojevi koji kodiraju najdublje tajne svemira. - Pantheon Books, 2002. - ISBN 0-37-542221-8.
  • Steiner R.// Izvješća o napretku u fizici. - 2013. - God. 76. - Str. 016101.

Linkovi

Odlomak koji karakterizira Planckovu konstantu

"Ovo je moja šalica", rekao je. - Samo stavi prst unutra, sve ću popiti.
Kad je samovar bio sav pijan, Rostov je uzeo karte i ponudio da igra kraljeve s Marijom Genrikhovnom. Mnogo se raspravljalo o tome tko bi trebao osnovati stranku Marije Genrikhovne. Pravila igre, na prijedlog Rostova, bila su da onaj koji će biti kralj ima pravo poljubiti ruku Mariji Genrikhovni, a da onaj koji ostane nitkov odlazi liječniku staviti novi samovar kad se probudi.
"Pa, što ako Marija Genrihovna postane kralj?" upitao je Ilyin.
- Ona je kraljica! A njezine naredbe su zakon.
Igra je tek počela, kad se doktorova zbunjena glava iznenada podigla iza Marije Genrihovne. Već dugo nije spavao i slušao što se govori, a u svemu što se govorilo i činilo, po svemu sudeći, nije našao ništa veselo, smiješno ili zabavno. Lice mu je bilo tužno i potišteno. Nije pozdravio policajce, počešao se i zatražio dopuštenje za odlazak, jer mu je put bio blokiran. Čim je otišao, svi su časnici prasnuli u glasan smijeh, a Marija Genrihovna je pocrvenjela do suza i tako postala još privlačnija očima svih časnika. Vraćajući se iz dvorišta, doktor je svojoj supruzi (koja se već prestala tako radosno smiješiti i u strahu iščekujući presudu pogledala u njega) rekao da je kiša prošla i da moramo ići prenoćiti u vagon, inače će sve bi se odnijelo.
- Da, poslat ću glasnika ... dva! rekao je Rostov. - Hajde doktore.
– Bit ću sam! rekao je Ilyin.
"Ne, gospodo, dobro ste spavali, ali ja nisam spavao dvije noći", rekao je doktor i sjeo mrko kraj svoje žene, čekajući da se utakmica završi.
Gledajući tmurno lice liječnika, iskosa gledajući njegovu ženu, policajci su postali još vedriji, a mnogi se nisu mogli suzdržati od smijeha, za što su žurno pokušavali pronaći uvjerljive izgovore. Kad je doktor otišao, odvodeći svoju ženu, i ušao s njom u vagon, časnici su legli u krčmu, pokrivši se mokrim ogrtačima; ali dugo nisu spavali, sad razgovarali, sjećali se liječničkog straha i liječničkog veselja, čas istrčavali na trijem i javljali što se događa u vagonu. Nekoliko je puta Rostov, zamotavši se, htio zaspati; ali opet ga je nečija primjedba razveselila, opet je počeo razgovor i opet se začuo bezuzročan, veseo, djetinjast smijeh.

U tri sata još nitko nije zaspao, kad se pojavio vodnik sa zapovijedi da se krene u grad Ostrovnu.
Svi s istim naglaskom i smijehom, časnici su se žurno počeli okupljati; opet stavite samovar na prljavu vodu. Ali Rostov je, ne čekajući čaj, otišao u eskadrilu. Već je bilo svjetlo; Kiša je prestala, oblaci su se razišli. Bilo je vlažno i hladno, pogotovo u vlažnoj haljini. Izlazeći iz konobe, Rostov i Iljin oboje su u sumrak zore pogledali u doktorov kožni šator, sjajan od kiše, ispod kojeg su virile doktorove noge i u čijoj se sredini na jastuku vidjela liječnička kapa. a čulo se i pospano disanje.
– Stvarno, jako je fina! rekao je Rostov Iljinu koji je odlazio s njim.
- Kakva ljupka žena! odgovorio je Ilyin sa šesnaestogodišnjom ozbiljnošću.
Pola sata kasnije postrojena eskadrila stajala je na cesti. Čula se naredba: “Sjednite! Vojnici su se prekrižili i počeli sjediti. Rostov je, jašući naprijed, zapovjedio: „Marš! - i, ispruživši se na četiri osobe, husari, uz udarce kopita po mokroj cesti, zveckanje sabljama i tihi glas, krenuše velikom cestom obrubljenom brezama, prateći pješaštvo i bateriju koja je hodala naprijed .
Razbijene plavo-jorgovane oblake, koji su se crvenili pri izlasku sunca, brzo je tjerao vjetar. Postajalo je sve svjetlije i svjetlije. Jasno se mogla vidjeti ona kovrčava trava koja uvijek sjedi uz seoske ceste, još mokra od jučerašnje kiše; obješene grane breza, također mokre, njihale su se na vjetru i spuštale lagane kapi u stranu. Lica vojnika postajala su sve jasnija. Rostov je jahao s Iljinom, koji nije zaostajao za njim, uz rub ceste, između dvostrukog reda breza.
Rostov je u kampanji dopustio sebi slobodu da jaše ne na konju s fronte, već na kozaku. I znalac i lovac, nedavno je sebi nabavio poletnog Dona, velikog i ljubaznog razigranog konja, na kojeg ga nitko nije zaskočio. Jahanje ovog konja Rostovu je bilo zadovoljstvo. Mislio je na konja, na jutro, na doktorovu ženu, a nikada nije pomislio na prijeteću opasnost.
Prije se Rostov, krenuvši u posao, bojao; sada nije osjećao ni najmanji osjećaj straha. Ne zato što se nije bojao da je navikao na vatru (na opasnost se ne može naviknuti), nego zato što je naučio upravljati svojom dušom pred opasnošću. Bio je navikao, ulazeći u posao, razmišljati o svemu, osim o onome što mu se činilo zanimljivijim od svega - o nadolazećoj opasnosti. Koliko god se trudio, ili predbacivao sebi kukavičluk tijekom prve službe, to nije mogao postići; ali s godinama je to sada postalo samo po sebi razumljivo. Sada je jahao pored Iljina između breza, povremeno trgajući lišće s grana koje su mu dolazile, ponekad nogom dodirujući prepone konja, ponekad dajući, ne okrećući se, svoju dimljenu lulu husaru koji je jahao iza, s takvim miran i bezbrižan pogled, kao da je jahao. Šteta mu je bilo gledati u uznemireno lice Iljina, koji je mnogo i s nelagodom govorio; iz iskustva je poznavao ono mučno stanje iščekivanja straha i smrti u kojem je kornet bio, i znao je da mu ništa osim vremena neće pomoći.
Čim se sunce pojavilo na čistoj traci ispod oblaka, vjetar je utihnuo, kao da se nije usudio pokvariti ovo ljupko ljetno jutro nakon grmljavine; kapi su još padale, ali već strme, i sve je bilo tiho. Sunce je potpuno izašlo, pojavilo se na horizontu i nestalo u uskom i dugom oblaku koji je stajao iznad njega. Nekoliko minuta kasnije sunce se još jače pojavilo na gornjem rubu oblaka, razderavši njegove rubove. Sve je zasvijetlilo i zaiskrilo. A uz ovo svjetlo, kao da mu se odgovara, začuli su se pucnji.
Rostov još nije imao vremena razmisliti i utvrditi dokle su ti pucnjevi, kad je iz Vitebska galopirao ađutant grofa Ostermana Tolstoja s naredbom da kasa po cesti.
Eskadrila je zaobišla pješaštvo i bateriju, koja je također žurila da ide brže, krenula je nizbrdo i, prolazeći kroz neko prazno, bez stanovnika, selo, opet se popela na planinu. Konji su se počeli vinuti, ljudi su pocrvenjeli.
- Stani, izjednači! - začula se naprijed zapovijed divizijara.
- Lijevo rame naprijed, korak marš! zapovijedao naprijed.
A husari uz liniju trupa otišli su na lijevi bok položaja i stali iza naših kopljanika, koji su bili u prvom redu. Desno je naše pješaštvo stajalo u gustoj koloni - to su bile pričuve; iznad njega na planini bili su vidljivi na čistom čisti zrak, ujutro, koso i svijetlo, osvjetljenje, na samom horizontu, naše puške. Neprijateljske kolone i topovi bili su vidljivi ispred udubine. U udubini smo čuli naš lanac, koji je već u akciji i veselo puca s neprijateljem.
Rostov je, kao od zvukova najvesele glazbe, osjećao veselje u duši od tih zvukova, koji se dugo nisu čuli. Trap ta ta tap! - pljesnu iznenada, pa brzo, jedan za drugim, nekoliko hitaca. Opet je sve utihnulo, i opet kao da su pucketali krekeri po kojima je netko hodao.
Husari su stajali oko sat vremena na jednom mjestu. Počela je kanonada. Grof Osterman i njegova pratnja jahali su iza eskadrona, stali, razgovarali sa zapovjednikom pukovnije i odjahali do topova na planini.
Nakon odlaska Ostermana začula se zapovijed kopljanika:
- U kolonu, postrojite se za napad! “Pješaštvo ispred njih udvostručilo se u vodove kako bi propuštalo konjicu. Kopljanici su krenuli, njišući se vjetrobranima svojih vrhova, i kasom krenuli nizbrdo prema francuskoj konjici, koja se pojavila ispod planine s lijeve strane.
Čim su kopljanici krenuli nizbrdo, husarima je naređeno da krenu uzbrdo, da pokriju bateriju. Dok su husari zauzeli mjesto ulana, s lanca su letjeli udaljeni, nestali meci, škripeći i zviždući.
Ovaj zvuk, koji se dugo nije čuo, djelovao je na Rostov još radosnije i uzbudljivije od prethodnih zvukova pucnjave. On je, uspravivši se, pogledao bojno polje koje se otvorilo s planine i svim srcem sudjelovao u kretanju kopljanika. Kopljanici su doletjeli blizu francuskih draguna, tamo se nešto zapetljalo u dimu, i nakon pet minuta kopljanici su se vratili ne na mjesto gdje su stajali, već ulijevo. Između narančastih kopljanika na crvenim konjima i iza njih, u velikoj hrpi, vidjeli su se plavi francuski draguni na sivim konjima.

Rostov je, sa svojim oštrim lovačkim okom, bio jedan od prvih koji je vidio ove plave francuske zmajeve kako progone naše kopljanike. Bliže, bliže, ulani su se kretali u neredu, a francuski draguni progoneći ih. Već se moglo vidjeti kako su se ti ljudi, koji su se pod planinom činili maleni, sudarili, sustizali i mahali rukama ili sabljama.
Rostov je gledao što se događa pred njim kao da ga progone. Instinktivno je osjećao da, ako sada napadnu francuske dragune s husarima, neće odoljeti; ali ako udarite, bilo je potrebno sada, ovog trenutka, inače bi bilo prekasno. Pogledao je oko sebe. Kapetan, koji je stajao kraj njega, na isti je način držao pogled na konjicu ispod.
"Andrej Sevastjanič", rekao je Rostov, "na kraju krajeva, sumnjamo u njih ...
"Bila bi to sjajna stvar", rekao je kapetan, "ali u stvari...
Rostov je, ne slušajući ga, gurnuo konja, pojurio ispred eskadrile i prije nego što je stigao zapovijedati pokretom, cijela eskadrila, proživjevši isto što i on, krenula je za njim. Sam Rostov nije znao kako i zašto je to učinio. Sve je to radio, kao i u lovu, bez razmišljanja, bez razumijevanja. Vidio je da su draguni blizu, da skaču, uzrujani; znao je da oni to neće izdržati, znao je da postoji samo jedna minuta koja se neće vratiti ako je propusti. Meci su tako uzbuđeno cvilili i zviždali oko njega, konj je tako žudno molio naprijed da nije mogao izdržati. Dotaknuo je konja, zapovjedio i u istom trenutku, začuvši zvuk zveckanja svoje raspoređene eskadrile iza sebe, punim kasom, počeo se spuštati do zmajeva nizbrdo. Čim su krenuli nizbrdo, njihov se hod risa nehotice pretvorio u galop, postajući sve brži kako su se približavali svojim kopljanicima i francuskim dragunima koji su jurili za njima. Draguni su bili blizu. Prednji, vidjevši husare, počeše se okretati, stražnji stati. S osjećajem s kojim je jurnuo preko vuka, Rostov je, u punom zamahu otpustivši svoju zadnjicu, galopirao preko frustriranih redova francuskih draguna. Jedan kopljanik je stao, jedan pješke čučnuo do zemlje da ga ne zgnječe, jedan konj bez jahača se pomiješao s husarima. Gotovo svi francuski draguni su galopirali natrag. Rostov je, odabravši jednog od njih na sivom konju, krenuo za njim. Na putu je naletio na grm; dobar konj ga je prenio preko njega i, jedva se snalazeći na sedlu, Nikolaj je vidio da će za nekoliko trenutaka sustići neprijatelja kojeg je izabrao za metu. Ovaj Francuz, vjerojatno časnik - prema uniformi, pognut, galopirao je na svom sivom konju, tjerajući ga sabljom. Trenutak kasnije, Rostov konj je prsima udario oficirskog konja, gotovo ga srušivši, a u istom trenutku Rostov je, ne znajući zašto, podigao sablju i njome udario Francuza.

Svjetlost je oblik energije zračenja koja se širi kroz prostor kao elektromagnetski valovi. Godine 1900. znanstvenik Max Planck, jedan od utemeljitelja kvantne mehanike, predložio je teoriju prema kojoj se energija zračenja emitira i apsorbira ne kontinuiranim valnim strujanjem, već zasebnim dijelovima, koji se nazivaju kvanti (fotoni).

Energija koju nosi jedan kvant jednaka je: E = hv gdje v je frekvencija zračenja, i helementarni kvant djelovanja,što je nova univerzalna konstanta, koja je ubrzo dobila naziv Planckova konstanta(prema suvremenim podacima h = 6,626 × 10 -34 J s).

Godine 1913. Niels Bohr stvorio je koherentan, iako pojednostavljen, model atoma, u skladu s Planckovom distribucijom. Bohr je predložio teoriju zračenja temeljenu na sljedećim postulatima:

1. U atomu postoje stacionarna stanja u kojima atom ne zrači energiju. Stacionarna stanja atoma odgovaraju stacionarnim orbitama duž kojih se kreću elektroni;

2. Kada se elektron kreće iz jedne stacionarne orbite u drugu (iz jednog stacionarnog stanja u drugo), kvant energije se emitira ili apsorbira = ‌‌‌‌‌‌‌‌‌|E i E n| , gdje ν je frekvencija emitiranog kvanta, E i energija stanja iz kojeg prelazi, i E n je energija stanja u koje elektron prelazi.

Ako se elektron, pod bilo kojim utjecajem, pomakne iz orbite bliske jezgri u neku drugu, udaljeniju, tada se energija atoma povećava, ali ono što je potrebno je utrošak vanjske energije. Ali takvo pobuđeno stanje atoma je nestabilno i elektron pada natrag prema jezgri na najbližu moguću orbitu.

A kada elektron skoči (padne) na orbitu koja leži bliže jezgri atoma, tada se energija koju je atom izgubio pretvara u jedan kvant energije zračenja koju emitira atom.

Sukladno tome, svaki atom može emitirati širok raspon međusobno povezanih diskretnih frekvencija, što ovisi o orbitama elektrona u atomu.

Atom vodika se sastoji od protona i elektrona koji se kreću oko njega. Ako elektron apsorbira dio energije, tada atom prelazi u pobuđeno stanje. Ako elektron odaje energiju, tada atom prelazi iz višeg u niže energetsko stanje. Normalno, prijelazi iz stanja više energije u stanje niže energije praćeni su emisijom energije u obliku svjetlosti. Međutim, mogući su i neradijativni prijelazi. U tom slučaju atom prelazi u stanje niže energije bez emitiranja svjetlosti, a pri sudaru daje višak energije, na primjer, drugom atomu.

Ako atom, prelazeći iz jednog energetskog stanja u drugo, zrači spektralnom linijom valne duljine λ, tada se, u skladu s drugim Bohrovim postulatom, energija zrači E jednako: , gdje h- Planckova konstanta; c je brzina svjetlosti.

Ukupnost svih spektralnih linija koje atom može emitirati naziva se njegov emisijski spektar.

Kao što pokazuje kvantna mehanika, spektar atoma vodika izražava se formulom:

, gdje R je konstanta koja se zove Rydbergova konstanta; n 1 i n 2 broja, i n 1 < n 2 .

Svaku spektralnu liniju karakterizira par kvantnih brojeva n 2 i n jedan . Oni označavaju energetske razine atoma, prije i poslije zračenja.

Tijekom prijelaza elektrona s pobuđene razine energije na prvu ( n 1 = jedan; odnosno n 2 = 2, 3, 4, 5…). Lymanova serija.Sve linije Lyman serije su u ultraljubičasto rasponu.

Prijelazi elektrona s pobuđenih energetskih razina na drugu razinu ( n 1 = 2; odnosno n 2 = 3,4,5,6,7…) oblik Balmer serija. Prve četiri linije (tj. na n 2 = 3, 4, 5, 6) su u vidljivom spektru, ostale (tj. n 2 = 7, 8, 9) u ultraljubičastom.

Odnosno, vidljive spektralne linije ove serije dobivaju se ako elektron skoči na drugu razinu (druga orbita): crvena - iz 3. orbite, zelena - iz 4. orbite, plava - iz 5. orbite, ljubičasta - iz 6. orbita, orbita.

Prijelazi elektrona s pobuđene razine energije u treću ( n 1 = 3; odnosno n 2 = 4, 5, 6, 7…) obrazac Paschen serija. Sve linije Paschen serije nalaze se u infracrveni rasponu.

Prijelazi elektrona s pobuđene razine energije u četvrtu ( n 1 = 4; odnosno n 2 = 6, 7, 8...) obrazac Brackett serija. Sve linije serije su u dalekom infracrvenom rasponu.

Također u spektralnoj seriji vodika razlikuju se Pfund i Humphreyjev niz.

Promatranjem linijskog spektra atoma vodika u vidljivom području (Balmerov niz) i mjerenjem valne duljine λ spektralnih linija ove serije može se odrediti Planckova konstanta.

U SI sustavu formula za izračunavanje Planckove konstante pri izvođenju laboratorijskog rada imat će oblik:

,

gdje n 1 = 2 (Balmerova serija); n 2 = 3, 4, 5, 6.

= 3,2 × 10 -93

λ je valna duljina ( nm)

Planckova konstanta se pojavljuje u svim jednadžbama i formulama kvantne mehanike. Konkretno, određuje ljestvicu s koje se heisenbergov princip nesigurnosti. Grubo govoreći, Planckova konstanta nam ukazuje na donju granicu prostornih veličina, nakon koje se ne mogu zanemariti kvantni efekti. Za zrnca pijeska, recimo, neizvjesnost njihovog proizvoda linearna veličina brzina je toliko mala da se može zanemariti. Drugim riječima, Planckova konstanta povlači granicu između makrokozmosa, gdje vrijede zakoni Newtonove mehanike, i mikrokozmosa, gdje zakoni kvantne mehanike stupaju na snagu. Dobivena samo za teorijski opis jednog fizičkog fenomena, Planckova konstanta ubrzo je postala jedna od temeljnih konstanti teorijske fizike, određena samom prirodom svemira.

Rad se može izvoditi i u laboratoriju i na računalu.

Planckova konstanta definira granicu između makrokozmosa, gdje vrijede zakoni Newtonove mehanike, i mikrokozmosa, gdje vrijede zakoni kvantne mehanike.

Max Planck - jedan od utemeljitelja kvantne mehanike - došao je na ideju kvantizacije energije, pokušavajući teorijski objasniti proces interakcije između nedavno otkrivenih Elektromagnetski valovi(vidi Maxwellove jednadžbe) i atoma, te time riješiti problem zračenja crnog tijela. Shvatio je da je za objašnjenje promatranog spektra emisije atoma potrebno uzeti zdravo za gotovo da atomi emitiraju i apsorbiraju energiju u dijelovima (koje je znanstvenik nazvao kvanti) i to samo na pojedinačnim frekvencijama valova. Energija koju nosi jedan kvant jednaka je:

gdje je v frekvencija zračenja, a h elementarni kvant djelovanja, što je nova univerzalna konstanta, koja je ubrzo dobila naziv Planckova konstanta. Planck je prvi izračunao njegovu vrijednost na temelju eksperimentalnih podataka h = 6,548 x 10–34 J s (u SI sustavu); prema suvremenim podacima h = 6,626 x 10–34 J s. Sukladno tome, svaki atom može emitirati širok raspon međusobno povezanih diskretnih frekvencija, što ovisi o orbitama elektrona u atomu. Uskoro će Niels Bohr stvoriti koherentan, iako pojednostavljen, model Bohrovog atoma, u skladu s Planckovom distribucijom.

Objavivši svoje rezultate krajem 1900., sam Planck - a to je vidljivo iz njegovih publikacija - isprva nije vjerovao da su kvante fizička stvarnost, a ne zgodna matematički model. Međutim, kada je Albert Einstein pet godina kasnije objavio članak u kojem objašnjava fotoelektrični efekt na temelju kvantizacije energije zračenja, u znanstvenim krugovima Planckova formula više nije bila percipirana kao teorijska igra, već kao opis stvarnog fizičkog fenomena na subatomskom razini, što dokazuje kvantnu prirodu energije.

Planckova konstanta se pojavljuje u svim jednadžbama i formulama kvantne mehanike. Konkretno, određuje skale s kojih Heisenbergov princip nesigurnosti stupa na snagu. Grubo govoreći, Planckova konstanta nam ukazuje na donju granicu prostornih veličina, nakon koje se ne mogu zanemariti kvantni efekti. Za zrna pijeska, recimo, nesigurnost umnoška njihove linearne veličine i brzine je toliko mala da se može zanemariti. Drugim riječima, Planckova konstanta povlači granicu između makrokozmosa, gdje vrijede zakoni Newtonove mehanike, i mikrokozmosa, gdje zakoni kvantne mehanike stupaju na snagu. Dobivena samo za teorijski opis jednog fizičkog fenomena, Planckova konstanta ubrzo je postala jedna od temeljnih konstanti teorijske fizike, određena samom prirodom svemira.

Max Karl Ernst Ludwig PLANK

Max Karl Ernst Ludwig Plank, 1858–1947

njemački fizičar. Rođen u Kielu u obitelji profesora prava. Kao virtuozni pijanist, Planck je u mladosti bio prisiljen napraviti težak izbor između znanosti i glazbe.Planck je obranio zakon termodinamike 1889. na Sveučilištu u Münchenu - te iste godine postao učitelj, a od 1892. - profesor na Sveučilištu u Berlinu, gdje je radio do umirovljenja 1928. godine. Planck se s pravom smatra jednim od očeva kvantne mehanike. Njegovo ime danas nosi čitava mreža njemačkih istraživačkih instituta.

DASKA KONSTANTNA
h, jedna od univerzalnih numeričkih konstanti prirode, koja je uključena u mnoge formule i fizikalne zakone koji opisuju ponašanje tvari i energije na mikroskopskoj skali. Postojanje ove konstante utvrdio je 1900. godine profesor fizike na Sveučilištu u Berlinu M. Planck u djelu koje je postavilo temelje kvantne teorije. Dali su i preliminarnu procjenu njegove veličine. Trenutno prihvaćena vrijednost Planckove konstante je (6,6260755 ± 0,00023)*10 -34 J*s. Planck je došao do ovog otkrića pokušavajući pronaći teorijsko objašnjenje za spektar zračenja koje emitiraju zagrijana tijela. Takvo zračenje emitiraju sva tijela koja se sastoje od velikog broja atoma na bilo kojoj temperaturi iznad apsolutne nule, ali ona postaje vidljiva samo pri temperaturama blizu vrelišta vode od 100 ° C i iznad nje. Osim toga, pokriva cijeli frekvencijski spektar od radio frekvencije do infracrvenog, vidljivog i ultraljubičastog. U području vidljivog svjetla, zračenje postaje dovoljno svijetlo tek pri približno 550 ° C. Frekvencijska ovisnost intenziteta zračenja po jedinici vremena karakterizirana je spektralnim raspodjelama prikazanim na sl. 1 za više temperatura. Intenzitet zračenja na danoj vrijednosti frekvencije je količina energije emitirane u uskom frekvencijskom pojasu u blizini dane frekvencije. Područje krivulje proporcionalno je ukupnoj energiji koja se zrači na svim frekvencijama. Lako je vidjeti da se ovo područje brzo povećava s porastom temperature.

Planck je želio teoretski izvesti funkciju spektralne distribucije i pronaći objašnjenje za dva jednostavna eksperimentalna uzorka: frekvencija koja odgovara najsjajnijem sjaju zagrijanog tijela proporcionalna je apsolutnoj temperaturi, a ukupna energija zračila za 1 s jediničnom površinom od ​površina potpuno crnog tijela je četvrti stepen njegove apsolutne temperature. Prva pravilnost može se izraziti formulom

Gdje je nm frekvencija koja odgovara maksimalnom intenzitetu zračenja, T je apsolutna temperatura tijela, a a je konstanta ovisno o svojstvima objekta koji emitira. Druga pravilnost izražena je formulom

Gdje je E ukupna energija koju emitira jedna površina u 1 s, s je konstanta koja karakterizira zrači objekt, a T je apsolutna temperatura tijela. Prva formula se zove Wienov zakon pomaka, a druga Stefan-Boltzmannov zakon. Na temelju ovih zakona, Planck je pokušao izvesti točan izraz za spektralnu raspodjelu zračene energije na bilo kojoj temperaturi. Univerzalna priroda fenomena mogla bi se objasniti sa stajališta drugog zakona termodinamike, prema kojem toplinski procesi koji se spontano odvijaju u fizičkom sustavu uvijek idu u smjeru uspostavljanja toplinske ravnoteže u sustavu. Zamislite da su dva šuplja tijela A i B različitog oblika, različitih veličina i od različitih materijala iste temperature okrenuta jedno prema drugom, kao što je prikazano na sl. 2. Ako pretpostavimo da više zračenja dolazi od A do B nego od B do A, tada bi tijelo B neizbježno postalo toplije zbog A i ravnoteža bi se spontano poremetila. Ovu mogućnost isključuje drugi zakon termodinamike, pa stoga oba tijela moraju zračiti jednaku količinu energije, te stoga vrijednost s u formuli (2) ne ovisi o veličini i materijalu površine zračenja, pod uvjetom da je ovo potonje svojevrsna šupljina. Kad bi šupljine bile odvojene ekranom u boji koji bi filtrirao i reflektirao sve zračenje, osim zračenja bilo koje frekvencije, onda bi sve rečeno ostalo istinito. To znači da je količina zračenja koju emitira svaka šupljina u svakom dijelu spektra ista, a funkcija spektralne distribucije za šupljinu ima karakter univerzalnog zakona prirode, a vrijednost a u formuli (1), poput vrijednost s je univerzalna fizička konstanta.



Planck, koji je bio dobro upućen u termodinamiku, preferirao je upravo takvo rješenje problema i, djelujući pokušajima i pogreškama, pronašao je termodinamičku formulu koja mu je omogućila izračunavanje spektralne funkcije raspodjele. Dobivena formula slagala se sa svim dostupnim eksperimentalnim podacima, a posebno s empirijskim formulama (1) i (2). Kako bi to objasnio, Planck je upotrijebio pametan trik koji je predložio drugi zakon termodinamike. S pravom smatrajući da je termodinamika materije bolje proučena od termodinamike zračenja, on je svoju pozornost usmjerio uglavnom na materiju stijenki šupljine, a ne na zračenje unutar nje. Budući da konstante uključene u Wienove i Stefan-Boltzmannove zakone ne ovise o prirodi tvari, Planck je mogao napraviti bilo kakve pretpostavke o materijalu zidova. Odabrao je model u kojem su zidovi sastavljeni od ogromnog broja sićušnih električno nabijenih oscilatora, svaki sa svojom frekvencijom. Oscilatori pod djelovanjem zračenja upadnog na njih mogu oscilirati, zračeći energiju. Cijeli proces mogao bi se istražiti na temelju dobro poznatih zakona elektrodinamike, t.j. funkcija spektralne distribucije mogla bi se pronaći izračunom prosječne energije oscilatora različitih frekvencija. Preokrenuvši slijed razmišljanja, Planck je, na temelju ispravne funkcije spektralne distribucije koju je pogodio, pronašao formulu za prosječnu energiju U oscilatora s frekvencijom n u šupljini koja je u ravnoteži pri apsolutnoj temperaturi T:

Gdje je b veličina određena eksperimentalno, a k je konstanta (nazvana Boltzmannova konstanta, iako ju je prvi uveo Planck), koja se pojavljuje u termodinamici i kinetičkoj teoriji plinova. Budući da ova konstanta obično ulazi s faktorom T, zgodno je uvesti novu konstantu h = bk. Tada se b = h/k i formula (3) može prepisati kao

Nova konstanta h je Planckova konstanta; njegova vrijednost koju je Planck izračunao bila je 6,55×10-34 JChs, što je samo oko 1% različito od suvremene vrijednosti. Planckova teorija omogućila je da se vrijednost s u formuli (2) izrazi kroz h, k i brzinu svjetlosti c:


Ovaj se izraz slagao s eksperimentom u onoj mjeri u kojoj su konstante bile poznate; točnija mjerenja kasnije nisu našla nikakva odstupanja. Dakle, problem objašnjenja funkcije spektralne distribucije sveden je na "jednostavniji" problem. Trebalo je objasniti koje je fizičko značenje konstante h, odnosno umnožaka hn. Planckovo otkriće bilo je da se njegovo fizičko značenje može objasniti samo uvođenjem potpuno novog koncepta "kvanta energije" u mehaniku. Planck je 14. prosinca 1900. na sastanku Njemačkog fizikalnog društva u svom izvješću pokazao da se formula (4), a time i ostale formule, mogu objasniti ako pretpostavimo da oscilator frekvencije n izmjenjuje energiju s elektromagnetno polje ne kontinuirano, već, takoreći, u koracima, dobiva i gubi svoju energiju u diskretnim dijelovima, kvantima, od kojih je svaki jednak hn.
vidi također
ELEKTROMAGNETSKA RADIJACIJA ;
TOPLINA ;
TERMODINAMIKA.
Posljedice Planckovog otkrića prikazane su u člancima FOTOELEKTRIČNI EFEKAT;
COMPTON EFFECT;
ATOM;
STRUKTURA ATOMA;
KVANTNA MEHANIKA . Kvantna mehanika je opća teorija pojava na ljestvici mikrokozmosa. Planckovo otkriće se sada pojavljuje kao važna posljedica posebne prirode koja proizlazi iz jednadžbi ove teorije. Konkretno, pokazalo se da vrijedi za sve procese izmjene energije koji se javljaju tijekom oscilatornog gibanja, na primjer, u akustici i u elektromagnetskim pojavama. To objašnjava veliku prodornu moć X-zraka, čije su frekvencije 100-10 000 puta veće od frekvencija karakterističnih za vidljivu svjetlost, a čiji kvanti imaju odgovarajuću veću energiju. Planckovo otkriće služi kao osnova za cjelokupnu valnu teoriju materije koja se bavi valnim svojstvima elementarnih čestica i njihovim kombinacijama. Iz Maxwellove teorije poznato je da snop svjetlosti s energijom E nosi zamah p jednak

Gdje je c brzina svjetlosti. Ako se kvanti svjetlosti promatraju kao čestice, od kojih svaka ima energiju hn, onda je prirodno pretpostaviti da svaki od njih ima impuls p jednak hn/c. Osnovni odnos koji povezuje valnu duljinu l s frekvencijom n i brzinom svjetlosti c ima oblik

Dakle, izraz za impuls se može zapisati kao h/l. Godine 1923., diplomirani student L. de Broglie sugerirao je da ne samo svjetlost, već i sve oblike materije karakterizira dualnost val-čestica, izražena u odnosima

Između karakteristika vala i čestice. Ova hipoteza je potvrđena, što je Planckovu konstantu učinilo univerzalnom fizičkom konstantom. Njezina se uloga pokazala mnogo značajnijom nego što se moglo pretpostaviti od samog početka.
KNJIŽEVNOST
Kvantno mjeriteljstvo i temeljne konstante. M., 1973. Shepf H.-G. Od Kirchhoffa do Plancka. M., 1981

Enciklopedija Collier. - Otvoreno društvo. 2000 .

Pogledajte što je "PLANK CONSTANT" u drugim rječnicima:

    - (kvant djelovanja) glavna konstanta kvantne teorije (vidi Kvantna mehanika), nazvana po M. Plancku. Planckova konstanta h 6,626,10 34 J.s. Vrijednost se često koristi. \u003d h / 2???? 1,0546,10 34 J.s, koja se također naziva Planckova konstanta ... Velik enciklopedijski rječnik

    - (kvant djelovanja, označen s h), temeljni fizički. konstanta koja definira širok raspon fizičkih. pojave za koje je bitna diskretnost veličina s dimenzijom djelovanja (vidi KVANTNA MEHANIKA). Predstavljen od njega. fizičar M. Planck 1900. s ... ... Fizička enciklopedija

    - (kvant djelovanja), glavna konstanta kvantne teorije (vidi Kvantna mehanika). Nazvan po M. Plancku. Planckova konstanta h≈6,626 10 34 J s. Često se koristi vrijednost h = h / 2π≈1,0546 10 34 J s, također nazvana Planckova konstanta. * * *… … enciklopedijski rječnik

    Planckova konstanta (kvant djelovanja) je glavna konstanta kvantne teorije, koeficijent koji povezuje veličinu energije elektromagnetskog zračenja s njegovom frekvencijom. Također ima značenje kvanta akcije i kvanta kutnog momenta. U znanstvenu upotrebu uveo M ... Wikipedia

    Kvant djelovanja (Vidi Akcija), temeljna fizička konstanta (Vidi Fizičke konstante), koja definira širok raspon fizičke pojave, za koje je bitna diskretnost radnje. Ove se pojave proučavaju u kvantnoj mehanici (vidi ... Velika sovjetska enciklopedija

    - (kvant djelovanja), osn. konstanta kvantne teorije (vidi Kvantna mehanika). Nazvan po M. Plancku. P. p. h 6,626 * 10 34 J * s. Često se koristi vrijednost H \u003d h / 2PI 1,0546 * 10 34 J * s, također se naziva. p. p ... Prirodna znanost. enciklopedijski rječnik

    Fundamentalna fizika. konstanta, kvantna akcija, koja ima dimenziju proizvoda energije i vremena. Definira fizičku fenomena mikrosvijeta, za koje je karakteristična diskretna fizička. veličine s dimenzijom djelovanja (vidi Kvantna mehanika). U veličini... ... Kemijska enciklopedija

    Jedan od apsolutnih fizičkih konstante, koja ima dimenziju djelovanja (energija X vrijeme); u CGS sustavu, P. p. h je (6,62377 + 0,00018). 10 27 erg x sec (+0,00018 moguća pogreška mjerenja). Prvi ga je uveo M. Planck (M. Planck, 1900.) u ... ... Matematička enciklopedija

    Kvant djelovanja, jedan od glavnih. konstante fizike, odražava specifičnosti pravilnosti u mikrokozmosu i igra temeljnu ulogu u kvantnoj mehanici. P. p. h (6,626 0755 ± 0,000 0040) * 10 34 J * s. Često koristite vrijednost L \u003d d / 2n \u003d (1,054 572 66 ± ... Veliki enciklopedijski veleučilišni rječnik

    Plank konstanta (kvant djelovanja)- jedna od temeljnih svjetskih konstanti (konstanti), koja igra odlučujuću ulogu u mikrosvijetu, očituje se u postojanju diskretnih svojstava mikro-objekata i njihovih sustava, izraženih u cjelobrojnim kvantnim brojevima, s izuzetkom polucijelih. .... Počeci moderne prirodne znanosti

knjige

  • Svemir i fizika bez "tamne energije" (otkrića, ideje, hipoteze). U 2 sveska. Svezak 1, O. G. Smirnov. Knjige su posvećene problemima fizike i astronomije koji u znanosti postoje desetcima i stotinama godina od G. Galilea, I. Newtona, A. Einsteina do danas. Najmanje čestice materije i planeta, zvijezda i...