Plik Stała Plancka jest podstawową stałą fizyki kwantowej, która wiąże promieniowanie energii pochłanianej lub emitowanej przez atomy z ich częstotliwością. Stała Plancka jest wyrażona literą h lub zredukowanym wyrażeniem ћ = h / 2П
Nazwa stałej Plancka pochodzi od fizyka Maxa Plancka, który uzyskał ją, proponując równanie gęstości energii promieniowania wnęki w równowadze termodynamicznej w funkcji częstotliwości promieniowania.
Indeks artykułów
W 1900 roku Max Planck intuicyjnie zaproponował wyrażenie wyjaśniające promieniowanie ciała doskonale czarnego. Czarne ciało to idealistyczna koncepcja, która jest definiowana jako wnęka, która pochłania taką samą ilość energii, jaką emitują atomy w ścianach..
Ciało czarne jest w równowadze termodynamicznej ze ścianami, a jego gęstość energii promieniowania pozostaje stała. Eksperymenty z promieniowaniem ciała doskonale czarnego wykazały niezgodności z modelem teoretycznym opartym na prawach fizyki klasycznej..
Aby rozwiązać ten problem, Max Planck stwierdził, że atomy ciała doskonale czarnego zachowują się jak oscylatory harmoniczne, które pochłaniają i emitują energię w ilości proporcjonalnej do ich częstotliwości..
Max Planck założył, że atomy drgają z wartościami energii będącymi wielokrotnościami minimalnej energii hv. Otrzymał matematyczne wyrażenie określające gęstość energii ciała promienistego w funkcji częstotliwości i temperatury. W tym wyrażeniu pojawia się stała Plancka h, której wartość bardzo dobrze dostosowała się do wyników eksperymentalnych.
Odkrycie stałej Plancka było wielkim wkładem w położenie podstaw mechaniki kwantowej.
Znaczenie stałej Plancka polega na tym, że definiuje ona podzielność świata kwantowego na wiele sposobów. Ta stała pojawia się we wszystkich równaniach opisujących zjawiska kwantowe, takich jak zasada nieoznaczoności Heisenberga, długość fali de Brogliego, poziomy energii elektronów i równanie Schrodingera..
Stała Plancka wyjaśnia, dlaczego obiekty we Wszechświecie emitują kolor za pomocą własnej energii wewnętrznej. Na przykład żółty kolor słońca wynika z faktu, że jego powierzchnia o temperaturze około 5600 ° C emituje więcej fotonów o długościach fal typowych dla koloru żółtego..
Podobnie stała Plancka pozwala nam wyjaśnić, dlaczego ludzie, których temperatura ciała wynosi około 37 ° C, emitują promieniowanie o długościach fal podczerwonych. Promieniowanie to można wykryć za pomocą kamery termowizyjnej na podczerwień.
Innym zastosowaniem jest przedefiniowanie podstawowych jednostek fizycznych, takich jak kilogram, amper, kelwin i mol, na podstawie eksperymentów z równowagą watową. Bilans watowy to instrument, który porównuje energię elektryczną i mechaniczną za pomocą efektów kwantowych, aby powiązać stałą Plancka z masą (1).
Stała Plancka ustala proporcjonalną zależność między energią promieniowania elektromagnetycznego a jego częstotliwością. Sformułowanie Plancka zakłada, że każdy atom zachowuje się jak oscylator harmoniczny, którego energia promieniowania jest
E = hv
E = energia pochłonięta lub wyemitowana w każdym procesie interakcji elektromagnetycznej
h = stała Plancka
v = częstotliwość promieniowania
Stała h jest taka sama dla wszystkich oscylacji, a energia jest kwantowana. Oznacza to, że oscylator zwiększa lub zmniejsza ilość energii będącą wielokrotnością hv, przy czym możliwe wartości energii to 0, hv, 2hv, 3hv, 4hv ... nhv.
Kwantyzacja energii pozwoliła Planckowi ustalić matematycznie zależność gęstości energii promieniowania ciała doskonale czarnego w funkcji częstotliwości i temperatury za pomocą równania.
E (v) = (8Пhv3 / c3). [1 / (ehv / kT-1)]
E (v) = gęstość energii
c = prędkość światła
k = stała Boltzmana
T = temperatura
Równanie gęstości energii zgadza się z wynikami eksperymentalnymi dla różnych temperatur, w których pojawia się maksimum energii promieniowania. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta również częstotliwość w punkcie maksymalnej energii.
W 1900 roku Max Planck dostosował dane eksperymentalne do swojego prawa promieniowania i uzyskał następującą wartość dla stałej h = 6,6262 × 10-34 J.s.
Najbardziej skorygowana wartość stałej Plancka uzyskana w 2014 roku przez CODATA (2) to h = 6,626070040 (81) × 10-34 J.s..
W 1998 Williams i wsp. (3) otrzymali następującą wartość stałej Plancka
h = 6,626 068 91 (58) × 10-34 J.s.
Najnowsze pomiary stałej Plancka polegały na eksperymentach z wagą watową, która mierzy prąd niezbędny do podtrzymania masy..
Światło niebieskie jest częścią światła widzialnego, które ludzkie oko jest w stanie dostrzec. Jego długość oscyluje między 400 nm a 475 nm, co odpowiada większej i mniejszej intensywności energii. Do wykonania ćwiczenia wybierany jest ten o największej długości fali
λ = 475nm = 4,75 × 10-7m
Częstotliwość v = c / λ
v = (3 × 10 8 m / s) / (4,75 × 10-7 m) = 6,31 × 10 14 s-1
E = hv
E = (6,626 × 10-34 J.s). 6,31 × 10 14 s-1
E = 4181 × 10 -19J
E = hv = hc / λ
h = 6,626 × 10-34 J.s
c = 3 × 10 8 m / s
λ = 589nm = 5,89 × 10-7m
E = (6,626 × 10-34 J.s). (3 × 10 8m / s) / (5,89 × 10-7m)
Foton E = 3,375 × 10-19 J.
Uzyskana energia dotyczy fotonu światła. Wiadomo, że energia jest kwantowana i że jej możliwe wartości będą zależały od liczby fotonów wyemitowanych przez wiązkę światła..
Liczba fotonów jest uzyskiwana z
n = (180 KJ). (1 / 3,375 × 10-19 J). (1000J / 1KJ) =
n = 4,8 × 10-23 fotony
Wynik ten sugeruje, że wiązka światła o częstotliwości własnej może mieć dowolnie wybraną energię, odpowiednio dostosowując liczbę oscylacji..
Jeszcze bez komentarzy