Planck konstans, enciklopédia a világ körül
KONSTANT TERV
KÖTELEZŐ TERV h. a természet egyetemes numerikus állandói, amely számos képletben és fizikai törvényben szerepel, amelyek leírják az anyag és energia viselkedését a mikrovilág méretarányában. Ennek a konstansnak a létezését 1900-ban alapította M.Planck, a berlini egyetem fizika professzora, egy olyan dokumentumban, amely lefektette a kvantumelmélet alapjait. Előre becsülte nagyságát. A Planck konstans jelenlegi értéke (6,6260755 ± 0,00023) 10 10 -34 J s s.
Planck megtette ezt a felfedezést, és megpróbálta megtalálni a fűtött testek sugárzási spektrumának elméleti magyarázatát. Az ilyen sugárzás nagy számú atomból álló testet bocsát ki az abszolút nulla feletti hőmérsékleten, de csak a 100 ° C-os és annál magasabb hőmérsékletű víz forráspontjánál észlelhető. Ráadásul a rádiófrekvenciás tartománytól az infravörös, látható és ultraibolya régiókig terjedő frekvenciák teljes spektrumát lefedi. A látható fénytérben a sugárzás csak körülbelül 550 ° C-ra elegendően világos. Az egységnyi időre eső sugárzási intenzitás függését a frekvencián a 3. ábrán látható spektrális eloszlás jellemzi. 1 több hőmérsékleti értéknél. Egy adott frekvencián a sugárzási intenzitás egy adott frekvencia közelében lévő keskeny frekvenciasávban sugárzott energia mennyisége. A görbe területe arányos az összes frekvencián sugárzott teljes energiával. Mivel nem nehéz meglátni, ez a terület gyorsan nő a hőmérséklet növekedésével.
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 törvényt a képlet adja meg
ahol n m a maximális sugárzási intenzitásnak megfelelő frekvencia, T a test abszolút hőmérséklete, és a a sugárzó tárgy tulajdonságaitól függő konstans. A második törvényt a képlet adja meg
ahol E a felszíni egységterület 1 s-ban kibocsátott teljes energiája, s a sugárzó tárgy állandó jellege, T pedig a test abszolút hőmérséklete. Az első képletet a bécsi helyettesítő törvénynek nevezik, a második pedig a Stefan-Boltzmann-törvénynek nevezzük. A Planck ezen törvények alapján arra törekedett, hogy pontosan kifejezi a sugárzott energia spektrális eloszlását bármely 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 sugárzást, mint a B és A. A szervezetben elkerülhetetlenül 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. univerzális fizikai állandó.
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. A kapott képlet összhangban volt az összes rendelkezésre álló kísérleti adattal, és különösen az (1) és (2) empirikus képletekkel. Ezt elmagyarázva, a Planck kihasználta a termodinamika második törvényében javasolt zseniális trükköt. 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. Olyan modellt választott, amelyben a falak nagyszámú apró, elektromosan töltött oszcillátort tartalmaznak, mindegyiknek saját frekvenciája van. Az oszcillátorok a rájuk ható sugárzás hatására ingadozhatnak, miközben energiát bocsátanak ki. Az egész folyamatot meg lehetne vizsgálni az elektrodinamika jól ismert törvényei szerint, azaz a spektrális eloszlásfüggvényt az oszcillátorok átlagos energiaának különböző frekvenciákkal történő kiszámításával lehetett megállapítani. 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 a kísérletileg meghatározott érték, és k a termosztinamikában és a gázok kinetikus elméletében megjelenő konstans (Boltzmann konstansnak nevezik, bár először a Planck vezette be). Mivel ez a konstans általában a T tényezővel megy végbe, új konstans h = b k bevezetésére kényelmes. Ezután a b = h / k és a (3) képlet átírható a formában