PLANUL CONSTANT
PLANUL CONSTANT h. una dintre constantele numerice universale ale naturii, care este inclusă în multe formule și legi fizice care descriu comportamentul materiei și al energiei pe scara microproceselor. Existența acestei constante a fost stabilită în 1900 de către M.Planck, profesor de fizică la Universitatea din Berlin, într-o lucrare care a pus bazele teoriei cuantice. El a primit o estimare preliminară a amplorii sale. Valoarea curentă a constantei Planck este (6.6260755 ± 0.00023) 10 10 -34 J s s.
Planck a făcut această descoperire, încercând să găsească o explicație teoretică a spectrului de radiații 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, acoperă întregul spectru de frecvențe de la domeniul de frecvență radio 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 de temperatură. Intensitatea radiației la o anumită frecvență este cantitatea de energie radiată într-o bandă de frecvență îngustă în vecinătatea unei anumite frecvențe. Zona curbei este proporțională cu energia totală radiată la toate frecvențele. Deoarece nu este greu de văzut, această zonă crește rapid odată cu creșterea temperaturii.
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 .
Prima lege poate fi exprimată prin formula
unde n m este frecvența corespunzătoare intensității radiației maxime, T este temperatura absolută a corpului și a este o constantă care depinde de proprietățile obiectului radiant. A doua lege este exprimată prin formula
unde E este energia totală emisă de suprafața unitară a suprafeței în 1 s, s este constanta care caracterizează obiectul radiant și T este temperatura absolută a corpului. Prima formulă se numește legea privind deplasarea Wien, iar a doua se numește legea lui Stefan-Boltzmann. Planck, pe baza acestor legi, a căutat să obțină o expresie exactă pentru distribuția spectrală a energiei radiate 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. Să ne imaginăm că două corpuri goale A și B de forme diferite, diferite dimensiuni și din diferite materiale cu o temperatură sunt îndreptate unul spre altul, așa cum se arată în Fig. 2. Presupunând că de la A la B, vine mai mult de radiatii de la B la A. În mod inevitabil, corpul va 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 lui. este o constantă fizică universală.
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 obținută a fost în concordanță cu toate datele experimentale disponibile și, în special, cu formulele empirice (1) și (2). Pentru a explica acest lucru, Planck a profitat de trucul ingenios sugerat 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 imens de oscilatoare mici încărcate electric, fiecare având frecvența proprie. Oscilatoarele aflate sub acțiunea radiațiilor care cad pe acestea pot să fluctueze, în timp ce emit energie. Întregul proces ar putea fi investigat pornind de la legile bine cunoscute ale electrodinamicii, adică funcția de distribuție spectrală poate fi găsită prin calcularea energiei medii a oscilatoarelor 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 apare de obicei cu factorul T, este convenabil să introducem o nouă constantă h = b k. Apoi b = h / k și formula (3) pot fi rescrise în formă