Planck constant
| symbolen gebruikt in dit artikel. | ||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
||||||||||||||||
tussen 1670 en 1900 bespraken wetenschappers de aard van licht. Sommige wetenschappers geloofden dat licht bestond uit vele miljoenen kleine deeltjes. Andere wetenschappers geloofden dat licht een golf was.
licht: golven of deeltjes?Edit
in 1678 schreef Christiaan Huygens het boek Traité de la lumiere (“verhandeling over licht”). Hij geloofde dat licht uit golven bestond. Hij zei dat licht niet kan worden samengesteld uit deeltjes, omdat licht van twee stralen niet stuiteren elke other.In 1672, Isaac Newton schreef het boek Opticks. Hij geloofde dat licht bestond uit rode, gele en blauwe deeltjes die hij corpusles noemde. Newton verklaarde dit door zijn “twee prisma experiment”. Het eerste prisma brak het licht in verschillende kleuren. Het tweede prisma voegde deze kleuren weer samen in wit licht.in de 18e eeuw kreeg Newtons theorie de meeste aandacht. In 1803 beschreef Thomas Young het”double-spleet experiment”. In dit experiment verstoort het licht dat door twee smalle spleten gaat zichzelf. Dit veroorzaakt een patroon dat laat zien dat licht bestaat uit golven. Voor de rest van de negentiende eeuw kreeg de golftheorie van licht de meeste aandacht. In de jaren 1860 ontwikkelde James Clerk Maxwell vergelijkingen die elektromagnetische straling beschreven als golven.
De theorie van elektromagnetische straling behandelt licht, radiogolven, microgolven en vele andere soorten golven als hetzelfde, behalve dat ze verschillende golflengten hebben. De golflengte van het licht dat we met onze ogen kunnen zien ligt ruwweg tussen 400 en 600 nm. De golflengte van radiogolven varieert van 10 m tot 1500 m en de golflengte van microgolven is ongeveer 2 cm. In een vacuüm Reizen alle elektromagnetische golven met de snelheid van het licht. De frequentie van de elektromagnetische golf wordt gegeven door:
ν = c λ {\displaystyle \ nu = {\frac {c} {\lambda }}}
.
de symbolen worden hier gedefinieerd.
Black body radiatorsEdit
alle warme dingen geven thermische straling af, dat is elektromagnetische straling. Voor de meeste dingen op aarde is deze straling in het infrarood bereik, maar iets zeer heet (1000 °C of meer), geeft zichtbare straling af, dat wil zeggen, licht. In de late 1800 ‘ s veel wetenschappers bestudeerden de golflengten van elektromagnetische straling van black-body radiatoren bij verschillende temperaturen.
Rayleigh-Jeans LawEdit
.
voor straling met lange golflengte kwamen de met deze vergelijking voorspelde resultaten goed overeen met de praktische resultaten die in een laboratorium werden verkregen. Echter, voor korte golflengten (ultraviolet licht) was het verschil tussen theorie en praktijk zo groot dat het de bijnaam “de ultraviolette catastrofe”verdiende.in 1895 publiceerde Wien de resultaten van zijn onderzoek naar de straling van een zwart lichaam. Zijn formule was:
b λ ( T ) = 2 h c 2 λ 5 E − h C λ k t {\displaystyle B_{\lambda }(T)={\frac {2HC^{2}}{\lambda ^{5}}}e^{-{\frac {hc}{\lambda kT}}}}
.
deze formule werkte goed voor elektromagnetische straling met korte golflengte, maar werkte niet goed met lange golflengten.in 1900 publiceerde Max Planck de resultaten van zijn studies. Hij probeerde een uitdrukking te ontwikkelen voor zwart-lichaam straling uitgedrukt in termen van Golflengte door aan te nemen dat straling bestond uit kleine quanta en vervolgens om te zien wat er gebeurde als de quanta oneindig klein werden gemaakt. (Dit is een standaard wiskundige benadering). De uitdrukking:
B λ ( T ) = 2 h c 2 λ 5 1 e h c λ k T − 1 {\displaystyle B_{\lambda }(T)={\frac {2hc^{2}}{\lambda ^{5}}}~{\frac {1}{e^{\frac {hc}{\lambda kT}}-1}}}
.
als de golflengte van het licht zeer groot wordt, dan kan worden aangetoond dat de Raleigh-Jeans en de Planck relaties bijna identiek zijn.
hij berekende h en k en vond dat
h = 6,55×10-27 erg * sec. k = 1,34×10-16 erg * deg-1.
de waarden liggen dicht bij de gangbare waarden van respectievelijk 6.62606×10-34 en 1,38065×10-16. De wet-Planck stemt goed overeen met de experimentele gegevens, maar de volledige betekenis ervan werd pas enkele jaren later gewaardeerd.
Quantum theory of lightEdit
Het blijkt dat elektronen worden losgemaakt door het foto-elektrisch effect als het licht een drempelfrequentie bereikt. Hieronder kunnen geen elektronen uit het metaal worden uitgestraald. In 1905 publiceerde Albert Einstein een artikel over het effect. Einstein stelde voor dat een lichtstraal geen golf is die zich door de ruimte voortplant, maar eerder een verzameling van discrete golfpakketten (fotonen), elk met energie. Einstein zei dat het effect te wijten was aan een foton dat een elektron raakte. Dit demonstreerde de deeltjesaard van licht.
Einstein vond ook dat elektromagnetische straling met een lange golflengte geen effect had. Einstein zei dat dit kwam omdat de “deeltjes” niet genoeg energie hadden om de elektronen te verstoren.
Planck suggereerde dat de energie van elk foton gerelateerd was aan de fotonfrequentie door de constante van Planck. Dit kan wiskundig geschreven worden als:
E = H ν = h c λ {\displaystyle E = H \ nu = {\frac {hc} {\lambda }}}
Leave a Reply