Planck constant
| a cikkben használt szimbólumok. | ||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
||||||||||||||||
1670 és 1900 között a tudósok megvitatták a A fény természete. Egyes tudósok úgy vélték, hogy a fény sok millió apró részecskéből áll. Más tudósok úgy vélték,hogy a fény hullám.
fény: hullámok vagy részecskék?Edit
1678-ban Christiaan Huygens írta a Traité de la lumiere (“Értekezés a fényről”) című könyvet. Úgy gondolta, hogy a fény hullámokból áll. Azt mondta, hogy a fényt nem lehet részecskékből készíteni, mert a két gerendából származó fény nem pattan le other.In 1672-ben Isaac Newton írta az Opticks című könyvet. Úgy vélte, hogy a fény vörös, sárga és kék részecskékből áll, amelyeket korpuszoknak nevezett. Newton ezt “két prizma kísérletével”magyarázta. Az első prizma különböző színekre tört fel. A második prizma egyesítette ezeket a színeket fehér fénybe.
a 18. században Newton elmélete kapta a legnagyobb figyelmet. 1803-ban Thomas Young leírta a”kettős hasított kísérletet”. Ebben a kísérletben a két keskeny résen áthaladó fény zavarja magát. Ez olyan mintát eredményez, amely azt mutatja, hogy a fény hullámokból áll. A tizenkilencedik század többi részében a fény hullámelmélete kapta a legnagyobb figyelmet. Az 1860-as években James Clerk Maxwell egyenleteket dolgozott ki, amelyek az elektromágneses sugárzást hullámokként írták le.
az elektromágneses sugárzás elmélete a fényt, a rádióhullámokat, a mikrohullámokat és sok más hullámtípust ugyanazként kezeli, kivéve, hogy különböző hullámhosszúak. A szemünkkel látható fény hullámhossza nagyjából 400-600 nm között van. A rádióhullámok hullámhossza 10 m-től 1500 m-ig terjed, a mikrohullámok hullámhossza körülbelül 2 cm. Vákuumban minden elektromágneses hullám fénysebességgel halad. Az elektromágneses hullám frekvenciáját a következők adják:
ν = c λ {\displaystyle \nu ={\frac {c}{\lambda}}}}
.
a szimbólumok itt vannak meghatározva.
fekete test radiátorokszerkesztés
minden meleg dolog termikus sugárzást bocsát ki, ami elektromágneses sugárzás. A legtöbb földi dolog esetében ez a sugárzás infravörös tartományban van, de valami nagyon forró (1000 °C vagy annál nagyobb), látható sugárzást, azaz fényt bocsát ki. Az 1800-as évek végén sok tudós tanulmányozta az elektromágneses sugárzás hullámhosszát a fekete test radiátoroktól különböző hőmérsékleteken.
Rayleigh – Jeans LawEdit
Lord Rayleigh először 1900-ban tette közzé a Rayleigh-Jeans törvény alapjait. Az elmélet a gázok kinetikus elméletén alapult. Sir James Jeans egy teljesebb elméletet tett közzé 1905-ben. A törvény az elektromágneses energia mennyiségét és hullámhosszát szabályozza, amelyet egy fekete test radiátor ad le különböző hőmérsékleteken. Az ezt leíró egyenlet:
b λ (T)=2 c k t λ 4 {\displaystyle B_{\lambda }(T)={\frac {2ckT}{\lambda ^{4}}}}}}
.
a hosszú hullámhosszú sugárzás esetében az egyenlet által előrejelzett eredmények jól megfeleltek a laboratóriumban kapott gyakorlati eredményeknek. Rövid hullámhosszon (ultraibolya fény) azonban az elmélet és a gyakorlat közötti különbség olyan nagy volt, hogy “az ultraibolya katasztrófa”becenevet kapta.
Planck LawEdit
1895-ben Wien publikálta tanulmányainak eredményeit a fekete test sugárzásáról. A képlet:
B λ ( T ) = 2 h c 2 λ 5 e − h c-λ k T {\displaystyle P_{\lambda }(T)={\frac {2hc^{2}}{\lambda ^{5}}}e^{-{\frac {hc}{\lambda kT}}}}
.
Ez a képlet jól működött a rövid hullámhosszú elektromágneses sugárzásnál, de nem működött jól a hosszú hullámhosszon.
1900-ban Max Planck publikálta tanulmányainak eredményeit. Megpróbálta kifejleszteni a hullámhosszon kifejezett fekete test sugárzásának kifejezését, feltételezve, hogy a sugárzás kis kvantumból áll, majd megnézni, mi történt, ha a kvantum végtelenül kicsi. (Ez egy standard matematikai megközelítés). A kifejezés:
B λ ( T ) = 2 h c 2 λ 5 1 e h c λ k T − 1 {\displaystyle P_{\lambda }(T)={\frac {2hc^{2}}{\lambda ^{5}}}~{\frac {1}{e^{\frac {hc}{\lambda kT}}-1}}}
.
Ha a fény hullámhossza nagyon nagy lehet, akkor látható, hogy a Raleigh-Jeans és a Planck-kapcsolatok majdnem azonosak.
kiszámította a h és k értéket, és megállapította, hogy
h = 6,55×10-27 erg * sec. k = 1,34×10-16 erg * deg-1.
az értékek közel állnak a mai elfogadott 6,62606×10-34, illetve 1,38065×10-16 értékekhez. A Planck-törvény jól egyetért a kísérleti adatokkal,de teljes jelentőségét csak néhány évvel később értékelték.
Lightedit
kiderül, hogy az elektronokat a fotoelektromos hatás kiszorítja, ha a fény eléri a küszöbfrekvenciát. Ez alatt nem lehet elektronokat kibocsátani a fémből. 1905-ben Albert Einstein kiadott egy tanulmányt, amely elmagyarázza a hatást. Einstein azt javasolta, hogy a fénysugár nem a térben terjedő hullám, hanem a diszkrét hullámcsomagok (fotonok) gyűjteménye, mindegyik energiával. Einstein azt mondta, hogy a hatás egy elektron fotonjának köszönhető. Ez bizonyította a fény részecske jellegét.
Einstein azt is megállapította, hogy a hosszú hullámhosszú elektromágneses sugárzásnak nincs hatása. Einstein azt mondta, hogy ez azért van, mert a “részecskék” nem rendelkeznek elegendő energiával az elektronok megzavarásához.
Planck azt javasolta, hogy az egyes fotonok energiáját a Planck-állandó a foton frekvenciájához kapcsolta. Ez matematikailag így írható:
E = H ν = h c λ {\displaystyle E=h\nu = {\frac {hc} {\lambda }}}}}
Leave a Reply