Еднакво постоянна лента. Лентата е постоянна

· Смесено състояние · Измерване · Несигурност · Принцип на Паули · Дуализъм · Декохерентност · Теорема на Еренфест · Тунелен ефект

Експерименти
Експеримент на Дейвисон-Гермер · Експеримент на Попър · Експеримент на Щерн-Герлах · Експеримент на Янг · Тест за неравенства на Бел · Фотоелектричен ефект · Ефект на Комптън

Формулировки
Представяне на Шрьодингер · Представяне на Хайзенберг · Представяне на взаимодействие · Матрична квантова механика · Интеграли по пътя · Диаграми на Файнман

Уравнения
Уравнение на Шрьодингер · Уравнение на Паули · Уравнение на Клайн-Гордън · Уравнение на Дирак · Уравнение на Швингер-Томонага · Уравнение на Фон Нойман · Уравнение на Блок · Уравнение на Линдблад · Уравнение на Хайзенберг

Тълкувания
Копенхаген · Теория на скритите параметри · Много светове · Теория на Де Бройл-Бом

Развитие на теорията
Квантова теория на полето · Квантова електродинамика · Теория на Глашоу-Вайнберг-Салам · Квантова хромодинамика · Стандартен модел · Квантова гравитация

Известни учени
Планк · Айнщайн · Шрьодингер · Хайзенберг · Джордан · Бор · Паули · Дирак · Фок · Борн · де Бройл · Ландау · Файнман · Бом · Еверет

Вижте също: Портал: Физика

Физическо значение

В квантовата механика импулсът има физическото значение на вълнов вектор, енергията - честота и действието - фаза на вълната, но традиционно (исторически) механичните величини се измерват в различни единици (kg m/s, J, J s) от съответните вълнови (m −1, s −1, безразмерни фазови единици). Константата на Планк играе ролята на коефициент на преобразуване (винаги един и същ), свързващ тези две системи от единици - квантова и традиционна:

$\backslash mathbf\; p\; =\; \backslash hbar\; \backslash mathbf\; k$(пулс) $(|\backslash mathbf\; p|=\; 2\; \backslash pi\; \backslash hbar\; /\; \backslash lambda)$ $E\; =\; \backslash hbar\backslash omega$(енергия) $S\; =\; \backslash hbar\backslash phi$(действие)

Ако системата от физически единици се беше формирала след появата на квантовата механика и беше адаптирана за опростяване на основните теоретични формули, константата на Планк вероятно просто щеше да бъде направена равна на единица или във всеки случай на по-кръгло число. В теоретичната физика, система от единици с $\backslash hbar\; =\; 1$, в него

$\backslash mathbf\; p\; =\; \backslash mathbf\; k$ $(|\backslash mathbf\; p|=\; 2\; \backslash pi\; /\; \backslash lambda)$ $E\; =\; \backslash omega$ $S\; =\; \backslash phi$ $(\backslash hbar\; =\; 1)$.

Константата на Планк също има проста оценъчна роля при определяне на областите на приложимост на класическата и квантовата физика: в сравнение с големината на действието или ъгловия импулс, характерни за разглежданата система, или произведението на характерен импулс с характерен размер, или характерна енергия за характерно време, това показва колко приложима е класическата механика към тази физическа система. А именно, ако $С$- действието на системата, и $М$е неговият ъглов момент, тогава при $\backslash frac(S)(\backslash hbar)\backslash gg1$или $\backslash frac(M)(\backslash hbar)\backslash gg1$Поведението на системата се описва с добра точност от класическата механика. Тези оценки са пряко свързани с отношенията на несигурност на Хайзенберг.

История на откритието

Формула на Планк за топлинно излъчване

Формулата на Планк е израз за спектралната плътност на мощността на излъчване на черно тяло, получена от Макс Планк за равновесната плътност на излъчване $u(\backslash omega,\; T)$. Формулата на Планк е получена, след като става ясно, че формулата на Релей-Джинс описва задоволително излъчването само в областта на дългите вълни. През 1900 г. Планк предлага формула с константа (по-късно наречена константа на Планк), която се съгласува добре с експерименталните данни. В същото време Планк вярва, че тази формула е просто успешен математически трик, но няма физическо значение. Тоест Планк не приема, че електромагнитното лъчение се излъчва под формата на отделни порции енергия (кванти), чиято величина е свързана с цикличната честота на лъчението чрез израза:

$\backslash varepsilon\; =\; \backslash hbar\; \backslash omega.$

Фактор на пропорционалност $\backslash hbar$по-късно наречен Константа на Планк, $\backslash hbar$= 1,054·10 −34 J·s.

Фото ефект

Фотоелектричният ефект е излъчването на електрони от вещество под въздействието на светлина (и най-общо казано, всяко електромагнитно излъчване). В кондензирани вещества (твърди и течни) има външен и вътрешен фотоелектричен ефект.

След това същата фотоклетка се облъчва с монохроматична светлина с честота $\backslash nu\_2$и по същия начин го заключват с опън $U\_2:$

$h\backslash nu\_2=A+eU\_2.$

Изваждайки втория израз член по член от първия, получаваме

$h(\backslash nu\_1-\backslash nu\_2)=e(U\_1-U\_2),$

откъде следва

$h=\backslash frac\; (e(U\_1-U\_2))((\backslash nu\_1-\backslash nu\_2)).$

Анализ на рентгеновия спирачен спектър

Този метод се счита за най-точният от съществуващите. Той се възползва от факта, че честотният спектър на спирачните рентгенови лъчи има точна горна граница, наречена виолетова граница. Неговото съществуване следва от квантовите свойства на електромагнитното излъчване и закона за запазване на енергията. наистина

$h\backslash frac(c)(\backslash lambda)=eU,$

Къде $c$- скорост на светлината,

$\backslash ламбда$- дължина на вълната на рентгеновите лъчи, $д$- електронен заряд, $U$- ускоряващо напрежение между електродите на рентгеновата тръба.

Тогава константата на Планк е

$h=\backslash frac((\backslash lambda)(Ue))(c).$

Напишете отзив за статията "Константата на Планк"

Бележки

Литература

• Джон Д. Бароу.Константите на природата; От Алфа до Омега - Числата, които кодират най-дълбоките тайни на Вселената. - Pantheon Books, 2002. - ISBN 0-37-542221-8.
• Щайнер Р.// Доклади за напредъка във физиката. - 2013. - кн. 76. - С. 016101.

Връзки

Основен Деривати Използва се в

Откъс, характеризиращ константата на Планк

„Това е моята чаша“, каза той. - Само пъхни пръста си, ще изпия всичко.
Когато самоварът беше изпит, Ростов взе картите и предложи да играят на царе с Мария Генриховна. Те хвърлиха жребий, за да решат коя ще бъде партията на Мария Генриховна. Правилата на играта, според предложението на Ростов, бяха, че този, който ще бъде цар, ще има право да целуне ръката на Мария Генриховна, а този, който ще остане негодник, ще отиде и ще постави нов самовар на доктора, когато той събудих се.
- Ами ако Мария Генриховна стане цар? – попита Илин.
- Тя вече е кралица! И нейните заповеди са закон.
Играта тъкмо беше започнала, когато обърканата глава на доктора изведнъж се надигна иззад Мария Генриховна. Той отдавна не беше спал и слушаше какво се говори и, както изглежда, не намери нищо весело, смешно или забавно във всичко, което се каза и направи. Лицето му беше тъжно и унило. Той не поздрави служителите, почеса се и поиска разрешение да си тръгне, тъй като пътят му беше блокиран. Щом той излезе, всички офицери избухнаха в силен смях, а Мария Генриховна се изчерви до сълзи и с това стана още по-привлекателна в очите на всички офицери. Връщайки се от двора, лекарят казал на жена си (която престанала да се усмихва толкова щастливо и го гледала, уплашено очаквайки присъдата), че дъждът е отминал и че трябва да отиде да пренощува в палатката, иначе всичко ще бъде откраднат.
- Да, ще изпратя пратеник... два! - каза Ростов. - Хайде, докторе.
– Сам ще гледам часовника! - каза Илин.
„Не, господа, вие спахте добре, но аз не спах две нощи“, каза докторът и мрачно седна до жена си, чакайки края на играта.
Гледайки мрачното лице на лекаря, гледайки накриво жена му, офицерите станаха още по-весели и мнозина не можаха да сдържат смеха си, за което набързо се опитаха да намерят правдоподобни извинения. Когато лекарят си тръгна, като отведе жена си и се настани с нея в палатката, офицерите легнаха в кръчмата, покрити с мокри палта; но те не спаха дълго време, или говореха, спомняйки си страха на лекаря и забавлението на лекаря, или изтичаха на верандата и докладваха какво се случва в палатката. Няколко пъти Ростов, обръщайки глава, искаше да заспи; но пак нечия забележка го забавлява, пак започва разговор и пак се чува безпричинен, весел, детски смях.

В три часа никой още не беше заспал, когато се появи сержантът със заповед за марш към град Островне.
Със същото бърборене и смях офицерите започнаха набързо да се приготвят; отново поставят самовара върху мръсна вода. Но Ростов, без да чака чай, отиде в ескадрилата. Вече се зазоряваше; дъждът спря, облаците се разпръснаха. Беше влажно и студено, особено в мокра рокля. Излизайки от кръчмата, Ростов и Илин, и двамата в здрача на зората, погледнаха в кожената палатка на лекаря, лъскава от дъжда, изпод престилката на която стърчаха краката на лекаря и в средата на която беше докторската шапка се виждаше на възглавницата и се чуваше сънливо дишане.
- Наистина, много е хубава! - каза Ростов на Илин, който тръгваше с него.
- Каква красота е тази жена! – отговори Илин с шестнадесетгодишна сериозност.
Половин час по-късно подреденият ескадрон стоеше на пътя. Чу се команда: „Седни! – прекръстиха се войниците и започнаха да сядат. Ростов, яздейки напред, изкомандва: „Марш! - и, разтегнати на четирима души, хусарите, раздавайки удар на копита по мокрия път, дрънкане на саби и тихи разговори, тръгнаха по големия път, облицован с брези, следвайки пехотата и батареята, които вървяха напред.
Разкъсаните синьо-лилави облаци, почервеняващи при изгрев слънце, бързо бяха подгонени от вятъра. Ставаше все по-лек и по-лек. Къдравата трева, която винаги расте край селските пътища, се виждаше ясно, все още мокра от вчерашния дъжд; Висящите клони на брезите, също мокри, се люлееха от вятъра и пускаха леки капки настрани. Лицата на войниците ставаха все по-ясни и по-ясни. Ростов яздеше с Илин, който не изоставаше от него, отстрани на пътя, между двойна редица брези.
По време на кампанията Ростов си позволи да язди не на фронтов кон, а на казашки кон. И експерт, и ловец, той наскоро се сдоби с едър дон, едър и любезен дивечов кон, на който никой не го беше прескачал. Язденето на този кон беше удоволствие за Ростов. Мислеше за коня, за утрото, за лекаря и никога не мислеше за предстоящата опасност.
Преди Ростов, влизайки в бизнес, се страхуваше; Сега не изпитваше ни най-малко чувство на страх. Беше свикнал с огъня не защото не се страхуваше (не можеш да свикнеш с опасността), а защото се беше научил да контролира душата си пред лицето на опасността. Той беше свикнал, когато се занимаваше с бизнес, да мисли за всичко, освен за това, което изглеждаше по-интересно от всичко друго - за предстоящата опасност. Колкото и да се опитваше или укоряваше себе си за малодушие през първия период на службата си, той не можа да постигне това; но с годините вече стана естествено. Сега той яздеше до Илийн между брезите, като от време на време късаше листа от клоните, които му попаднаха под ръка, понякога докосваше слабините на коня с крак, понякога, без да се обръща, даваше готовата си лула на яздещия отзад хусар, с такова спокойствие и безгрижен поглед, сякаш язди язди. Беше му жал да гледа развълнуваното лице на Илийн, който говореше много и неспокойно; той познаваше от опит болезненото състояние на очакване на страх и смърт, в което се намираше корнетът, и знаеше, че нищо освен времето няма да му помогне.
Слънцето току-що се показа на ясна ивица изпод облаците, когато вятърът утихна, сякаш не смееше да развали тази прекрасна лятна утрин след гръмотевичната буря; капките пак падаха, но отвесно и всичко утихна. Слънцето излезе напълно, показа се на хоризонта и изчезна в тесен и дълъг облак, стоящ над него. Няколко минути по-късно слънцето се появи още по-ярко в горния край на облака, разчупвайки краищата му. Всичко светна и искри. И заедно с тази светлина, сякаш в отговор, отпред се чуха изстрели.
Преди Ростов да има време да помисли и да определи колко далеч са тези изстрели, адютантът на граф Остерман Толстой препусна от Витебск със заповед да тръсне по пътя.
Ескадронът заобиколи пехотата и батареята, които също бързаха да вървят по-бързо, слезе от планината и, като мина през някакво празно село без жители, отново се изкачи на планината. Конете започнаха да се пенят, хората се изчервиха.
- Спрете, бъдете равни! – чу се напред командата на командира на дивизията.
- Ляво рамо напред, крачка напред! - изкомандваха те отпред.
И хусарите по линията на войските отидоха на левия фланг на позицията и застанаха зад нашите улани, които бяха в първата линия. Отдясно застана нашата пехота в плътна колона - това бяха резерви; над него на планината нашите оръдия се виждаха в чистия, бистър въздух, сутрин, наклонена и ярка светлина, точно на хоризонта. Напред, зад дерето, се виждаха вражески колони и оръдия. В дерето се чуваше нашата верига, вече зацепена и весело щракаща с врага.
Ростов, сякаш от звуците на най-весела музика, почувства радост в душата си от тези звуци, които не бяха чувани отдавна. Докоснете та докоснете! – внезапно, след това бързо изръмжаха няколко изстрела един след друг. Отново всичко утихна и отново сякаш пукаха петарди, докато някой минаваше по тях.
Хусарите стояха на едно място около час. Започна канонадата. Граф Остерман и свитата му яздеха зад ескадрона, спряха, разговаряха с командира на полка и потеглиха към оръдията в планината.
След заминаването на Остерман копиерите чуха команда:
- Сформирайте колона, строете се за атака! „Пехотата пред тях удвои взводовете си, за да пропусне кавалерията. Копиеносците потеглиха с люлеещи се ветропоказатели и в тръс се спуснаха към френската кавалерия, която се появи под планината вляво.
Веднага щом копиетата слязоха от планината, на хусарите беше заповядано да се придвижат нагоре по планината, за да прикрият батерията. Докато хусарите заеха мястото на уланите, далечни, липсващи куршуми излетяха от веригата, пищейки и свистейки.
Този звук, който не се чуваше от дълго време, имаше още по-радостно и вълнуващо въздействие върху Ростов от предишните звуци на стрелба. Той, като се изправи, погледна към бойното поле, което се отваряше от планината, и с цялата си душа участва в движението на копийците. Уланите се приближиха близо до френските драгуни, там нещо се заплете в дима и пет минути по-късно уланите се втурнаха обратно не към мястото, където стояха, а вляво. Между оранжевите улани на червени коне и зад тях, на голяма купчина, се виждаха сини френски драгуни на сиви коне.

Ростов, с острото си ловно око, беше един от първите, които видяха тези сини френски драгуни да преследват нашите улани. Все по-близо и по-близо копие и френските драгуни, които ги преследваха, се придвижваха в разочаровани тълпи. Вече се виждаше как тези хора, които изглеждаха малки под планината, се блъскаха, изпреварваха и размахваха ръце или саби.
Ростов гледаше на случващото се пред себе си така, сякаш го преследваха. Той инстинктивно почувства, че ако сега нападне френските драгуни с хусарите, те няма да устоят; но ако удариш, трябваше да го направиш сега, тази минута, иначе ще бъде твърде късно. Той се огледа наоколо. Капитанът, застанал до него, не сваляше очи от кавалерията долу по същия начин.
— Андрей Севастянич — каза Ростов, — ще се съмняваме в тях...
„Би било страхотно“, каза капитанът, „но всъщност...
Ростов, без да го слуша, бутна коня си, препусна пред ескадрона и преди да успее да командва движението, целият ескадрон, изпитвайки същото като него, тръгна след него. Самият Ростов не знаеше как и защо го направи. Той направи всичко това, както на лов, без да мисли, без да мисли. Той видя, че драгуните са близо, че галопират, разстроени; знаеше, че не могат да го издържат, знаеше, че има само една минута, която няма да се върне, ако я изпусне. Куршумите пищяха и свистяха около него така развълнувано, конят молеше напред така нетърпеливо, че той не можеше да издържи. Той докосна коня си, даде команда и в същия момент, чувайки зад себе си звука от тропота на разгърнатия си ескадрон, с пълен тръс започна да се спуска към драгуните надолу по планината. Веднага щом се спуснаха надолу, походката им на тръс неволно се превърна в галоп, който ставаше все по-бърз и по-бърз, докато се приближаваха към своите улани и френските драгуни, галопиращи зад тях. Драгуните бяха близо. Предните, като видяха хусарите, започнаха да се връщат назад, задните спряха. С чувството, с което се втурна през вълка, Ростов, освобождавайки задника си с пълна скорост, препусна в галоп през разочарованите редици на френските драгуни. Един копейник спря, единият крак падна на земята, за да не го смачкат, един кон без ездач се смеси с хусарите. Почти всички френски драгуни се върнаха в галоп. Ростов, като избра един от тях на сив кон, тръгна след него. По пътя се натъкнал на един храст; добър кон го пренесе и, едва успявайки да се справи на седлото, Николай видя, че след няколко мига ще настигне врага, когото беше избрал за цел. Този французин вероятно е бил офицер - съдейки по униформата му, той беше приведен и препускаше на сивия си кон, подтиквайки го със сабя. Миг по-късно конят на Ростов удари с гърдите си задната част на коня на офицера, почти го събори, и в същия момент Ростов, без да знае защо, вдигна сабята си и удари с нея французина.

ПОСТОЯННА ЛЕНТА
h, една от универсалните числови константи на природата, включена в много формули и физични закони, които описват поведението на материята и енергията в микроскопичен мащаб. Съществуването на тази константа е установено през 1900 г. от М. Планк, професор по физика в Берлинския университет, в работа, която поставя основите на квантовата теория. Той даде и предварителна оценка за размера му. Понастоящем приетата стойност на константата на Планк е (6,6260755 ± 0,00023)*10 -34 J*s. Планк прави това откритие, докато се опитва да намери теоретично обяснение за спектъра на радиация, излъчвана от нагрети тела. Такова лъчение се излъчва от всички тела, състоящи се от голям брой атоми при всяка температура над абсолютната нула, но става забележимо само при температури, близки до точката на кипене на водата 100 ° C и над нея. В допълнение, той покрива целия спектър от честоти от радио честота до инфрачервени, видими и ултравиолетови области. В областта на видимата светлина радиацията става достатъчно ярка само при приблизително 550 ° C. Зависимостта на интензитета на радиацията за единица време от честотата се характеризира със спектралните разпределения, показани на фиг. 1 за няколко температурни стойности. Интензитетът на излъчване при дадена честота е количеството енергия, излъчено в тясна честотна лента в близост до дадена честота. Площта на кривата е пропорционална на общата енергия, излъчвана на всички честоти. Както е лесно да се види, тази област се увеличава бързо с повишаване на температурата.

Планк искаше теоретично да изведе функцията на спектралното разпределение и да намери обяснение за два прости експериментално установени модела: честотата, съответстваща на най-яркото сияние на нагрято тяло, е пропорционална на абсолютната температура и общата енергия, излъчвана върху 1 единица площ от повърхността на абсолютно черно тяло е четвъртата степен на неговата абсолютна температура. Първият модел може да бъде изразен с формулата

Където nm е честотата, съответстваща на максималния интензитет на излъчване, T е абсолютната температура на тялото, а a е константа, зависеща от свойствата на излъчващия обект. Вторият модел се изразява с формулата

Където E е общата енергия, излъчвана от единица повърхност за 1 s, s е константа, характеризираща излъчващия обект, а T е абсолютната температура на тялото. Първата формула се нарича закон на Виен за изместване, а втората се нарича закон на Стефан-Болцман. Въз основа на тези закони Планк се опитва да изведе точен израз за спектралното разпределение на излъчваната енергия при всяка температура. Универсалният характер на явлението може да се обясни от гледна точка на втория закон на термодинамиката, според който топлинните процеси, протичащи спонтанно във физическа система, винаги протичат в посока на установяване на топлинно равновесие в системата. Нека си представим, че две кухи тела A и B с различни форми, различни размери и направени от различни материали с еднаква температура са обърнати едно към друго, както е показано на фиг. 2. Ако приемем, че повече радиация идва от A към B, отколкото от B към A, тогава тялото B неизбежно ще стане по-топло за сметка на A и равновесието ще бъде спонтанно нарушено. Тази възможност се изключва от втория закон на термодинамиката и следователно и двете тела трябва да излъчват еднакво количество енергия и следователно стойността на s във формула (2) не зависи от размера и материала на излъчващата повърхност, при условие, че последният е вид кухина. Ако кухините бяха разделени от цветен екран, който би филтрирал и отразявал обратно цялата радиация, с изключение на радиацията с която и да е една честота, тогава всичко казано ще остане вярно. Това означава, че количеството радиация, излъчвано от всяка кухина във всяка част от спектъра, е еднакво и функцията на спектралното разпределение за кухината има характер на универсален закон на природата и стойността a във формула (1), като стойността s е универсална физическа константа.

Планк, който беше добре запознат с термодинамиката, предпочете това конкретно решение на проблема и чрез опити и грешки намери термодинамична формула, която направи възможно изчисляването на функцията на спектралното разпределение. Получената формула беше в съответствие с всички налични експериментални данни и по-специално с емпиричните формули (1) и (2). За да обясни това, Планк използва хитър трик, предложен от втория закон на термодинамиката. Правилно вярвайки, че термодинамиката на материята е по-добре проучена от термодинамиката на радиацията, той фокусира вниманието си предимно върху веществото на стените на кухината, а не върху излъчването вътре в нея. Тъй като константите, включени в законите на Виена и Стефан-Болцман, не зависят от естеството на веществото, Планк е имал правото да прави всякакви предположения относно материала на стените. Той избра модел, в който стените се състоят от огромен брой малки електрически заредени осцилатори, всеки с различна честота. Осцилаторите могат да осцилират под въздействието на падаща върху тях радиация, излъчвайки енергия. Целият процес може да се изследва въз основа на добре познатите закони на електродинамиката, т.е. функцията на спектралното разпределение може да се намери чрез изчисляване на средната енергия на осцилатори с различни честоти. Обръщайки последователността на разсъжденията, Планк, въз основа на правилната функция на спектрално разпределение, която предполага, намери формула за средната енергия U на осцилатор с честота n в кухина в равновесие при абсолютна температура T:

Където b е величина, определена експериментално, а k е константа (наречена константа на Болцман, въпреки че е въведена за първи път от Планк), която се появява в термодинамиката и кинетичната теория на газовете. Тъй като тази константа обикновено идва с фактор T, е удобно да се въведе нова константа h = bk. Тогава b = h/k и формула (3) може да бъде пренаписана като

Новата константа h е константата на Планк; стойността му, изчислена от Планк, е 6,55×10-34 JHs, което е само около 1% различно от съвременната стойност. Теорията на Планк направи възможно да се изрази стойността на s във формула (2) по отношение на h, k и скоростта на светлината c:

Този израз съответства на експеримента до степента на точността, с която константите са били известни; По-късно по-прецизни измервания не разкриха несъответствия. По този начин проблемът за обяснение на функцията на спектралното разпределение е сведен до „прост“ проблем. Беше необходимо да се обясни физическият смисъл на константата h, или по-скоро произведението hn. Откритието на Планк е, че неговият физически смисъл може да бъде обяснен само чрез въвеждане в механиката на напълно ново понятие за "енергиен квант". На 14 декември 1900 г., на среща на Германското физическо дружество, Планк показа в своя доклад, че формула (4) и по този начин другите формули могат да бъдат обяснени, ако приемем, че осцилатор с честота n обменя енергия с електромагнитното поле не непрекъснато, а на стъпки, така да се каже, набирайки и губейки енергията си на отделни порции, кванти, всяка от които е равна на hn.
Вижте също
ЕЛЕКТРОМАГНИТНО ИЗЛЪЧВАНЕ;
ТОПЛИНА ;
ТЕРМОДИНАМИКА.
Последиците от откритието на Планк са представени в статиите ФОТОЕЛЕКТРИЧЕН ЕФЕКТ;
КОМПТЪН ЕФЕКТ;
АТОМ ;
СТРУКТУРА НА АТОМА;
КВАНТОВА МЕХАНИКА. Квантовата механика е обща теория за явления в микроскопичен мащаб. Откритието на Планк сега се явява като важна последица от специално естество, произтичащо от уравненията на тази теория. По-специално се оказа, че това е валидно за всички процеси на обмен на енергия, които се случват по време на колебателно движение, например в акустиката и електромагнитните явления. Това обяснява високата проникваща способност на рентгеновото лъчение, чиито честоти са 100-10 000 пъти по-високи от честотите, характерни за видимата светлина, и чиито кванти имат съответно по-висока енергия. Откритието на Планк служи като основа за цялата вълнова теория на материята, която се занимава с вълновите свойства на елементарните частици и техните комбинации. От теорията на Максуел е известно, че лъч светлина с енергия E носи импулс p, равен на

Където c е скоростта на светлината. Ако светлинните кванти се разглеждат като частици, всяка от които има енергия hn, тогава е естествено да се приеме, че всяка от тях има импулс p, равен на hn/c. Фундаменталната зависимост, свързваща дължината на вълната l с честотата n и скоростта на светлината c, има формата

Така че изразът за импулса може да бъде записан като h/l. През 1923 г. аспирантът Л. де Бройл предполага, че не само светлината, но и всички форми на материята се характеризират с дуализъм вълна-частица, изразен в отношенията

между характеристиките на вълна и частица. Тази хипотеза беше потвърдена, което направи константата на Планк универсална физическа константа. Нейната роля се оказа много по-значима, отколкото можеше да се очаква от самото начало.
ЛИТЕРАТУРА
Квантова метрология и фундаментални константи. М., 1973 Schepf H.-G. От Кирхоф до Планк. М., 1981

Енциклопедия на Collier. - Отворено общество. 2000 .

Вижте какво е "CONSTANT PLANK" в други речници:

- (квант на действие) основната константа на квантовата теория (виж Квантова механика), кръстена на М. Планк. Планкова константа h ??6.626.10 34 J.s. Често се използва количеството. = h/2????1.0546.10 34 J.s, което също се нарича константа на Планк... Голям енциклопедичен речник

- (квант на действие, означен с h), фундаментално физическо. константа, която определя широк диапазон от физически явления, за които дискретността на величините с размерността на действието е съществена (вж. КВАНТОВА МЕХАНИКА). Представено на немски език. физикът М. Планк през 1900 г. в... ... Физическа енциклопедия

- (квант на действие), основната константа на квантовата теория (виж Квантова механика). Кръстен на М. Планк. Константа на Планк h≈6,626·10 34 J·s. Често се използва стойността h = h/2π≈1,0546·10 34 J·s, наричана още константа на Планк. * * *… … Енциклопедичен речник

Константата на Планк (квант на действие) е основната константа на квантовата теория, коефициент, свързващ количеството енергия на електромагнитното излъчване с неговата честота. Квантомът на действие и квантът на ъгловия момент също имат смисъл. Въведен в научна употреба M ... Wikipedia

Квант на действие (вижте действие), фундаментална физическа константа (вижте физически константи), определяща широк спектър от физически явления, за които дискретното действие е от съществено значение. Тези явления се изучават в квантовата механика (вижте... Велика съветска енциклопедия

- (квант на действие), осн. константа на квантовата теория (виж Квантова механика). Кръстен на М. Планк. P.p. h 6,626*10 34 J*s. Често се използва стойността H = h/2PI 1.0546*10 34 J*s, наричана още. П.п... Естествознание. Енциклопедичен речник

Фундаментална физика. константа, квант на действие, имащ измерението на произведението на енергия и време. Определя физ явления от микросвета, които се характеризират с дискретни физ величини с размерността на действието (виж Квантова механика). По размер..... Химическа енциклопедия

Един от абсолютните физически константа, която има измерението на действие (енергия X време); в системата CGS p.p. е равен на (6,62377 + 0,00018). 10 27 erg x sec (+0,00018 възможна грешка при измерване). За първи път е въведен от М. Планк (M. Planck, 1900) през... ... Математическа енциклопедия

Квант на действие, един от основните константи на физиката, отразява спецификата на моделите в микросвета и играе фундаментална роля в квантовата механика. P. p. h (6,626 0755 ± 0,000 0040)*10 34 J*s. Стойността L = d/2i = (1,054 572 66 ± ... Голям енциклопедичен политехнически речник

Константа на Планк (квант на действие)- една от основните световни константи (константи), играеща решаваща роля в микросвета, проявяваща се в съществуването на дискретни свойства на микрообектите и техните системи, изразени с цели квантови числа, с изключение на полуцели... ... Началото на съвременното естествознание

Книги

• Вселената и физиката без „тъмна енергия” (открития, идеи, хипотези). В 2 тома. Том 1, О. Г. Смирнов. Книгите са посветени на проблемите на физиката и астрономията, които съществуват в науката от десетки и стотици години от Г. Галилей, И. Нютон, А. Айнщайн до наши дни. Най-малките частици материя и планети, звезди и...

; ч= 4,135 667 662(25) × 10 −15 eV · .

Стойността се използва често ℏ ≡ h 2 π (\displaystyle \hbar \equiv (\frac (h)(2\pi ))):

ħ = 1,054 571 800(13) × 10 −34 J · ; ħ = 1,054 571 800(13) × 10 −27 erg · ; ħ = 6,582 119 514(40) × 10 −16 eV,

наречена намалена (понякога рационализирана или намалена) константа на Планк или константа на Дирак. Използването на тази нотация опростява много формули на квантовата механика, тъй като тези формули включват традиционната константа на Планк, разделена на константата 2 π (\displaystyle (2\pi )).

На 16 ноември 2018 г. на срещата на 26-та Генерална конференция по мерки и теглилки бяха приети промени в дефинициите на основните единици SI, предложени през 2018 г. от Международния комитет по мерки и теглилки. Новите определения на SI влязоха в сила на 20 май 2019 г. В съответствие с Резолюция XXVI CGPM, константата на Планк ℎ е точно равна на 6,626 070 15⋅10 −34 kg m 2 s −1

Физическо значение

В квантовата механика импулсът има физическото значение на вълнов вектор [ ], енергия - честоти и действие - фази на вълната, но традиционно (исторически) механичните величини се измерват в други единици (kg m/s, J, J s), различни от съответните вълнови (m −1, s − 1, безразмерни фазови единици). Константата на Планк играе ролята на коефициент на преобразуване (винаги един и същ), свързващ тези две системи от единици - квантова и традиционна:

p = ℏ k (| p | = 2 π ℏ / λ) (\displaystyle \mathbf (p) =\hbar \mathbf (k) \,\,\,(|\mathbf (p) |=2\pi \ hbar /\lambda))(пулс), E = ℏ ω (\displaystyle E=\hbar \omega )(енергия), S = ℏ ϕ (\displaystyle S=\hbar \phi )(действие).

Ако системата от физически единици се беше формирала след появата на квантовата механика и беше адаптирана за опростяване на основните теоретични формули, константата на Планк вероятно просто щеше да бъде направена равна на единица или във всеки случай на по-кръгло число. В теоретичната физика, система от единици с ℏ = 1 (\displaystyle \hbar =1), в него

p = k (| p | = 2 π / λ) , (\displaystyle \mathbf (p) =\mathbf (k) \,\,\,(|\mathbf (p) |=2\pi /\lambda) ,) E = ω , (\displaystyle E=\omega ,) S = ϕ , (\displaystyle S=\phi ,) (ℏ = 1) .

Константата на Планк също има проста оценъчна роля при определяне на областите на приложимост на класическата и квантовата физика: в сравнение с големината на действието или ъгловия импулс, характерни за разглежданата система, или произведението на характерен импулс с характерен размер, или характерна енергия за характерно време, това показва колко приложима е класическата механика към тази физическа система. А именно, ако (\displaystyle (\hbar =1).)- действието на системата, и S (\displaystyle S)е неговият ъглов момент, тогава при M (\displaystyle M)или S ℏ ≫ 1 (\displaystyle (\frac (S)(\hbar ))\gg 1) M ℏ ≫ 1 (\displaystyle (\frac (M)(\hbar ))\gg 1)

История на откритието

Формула на Планк за топлинно излъчване

Формулата на Планк е израз за спектралната плътност на мощността на излъчване на черно тяло, получена от Макс Планк за равновесната плътност на излъчване Поведението на системата се описва с добра точност от класическата механика. Тези оценки са пряко свързани с отношенията на несигурност на Хайзенберг.. Формулата на Планк е получена, след като става ясно, че формулата на Релей-Джинс описва задоволително излъчването само в областта на дългите вълни. През 1900 г. Планк предлага формула с константа (по-късно наречена константа на Планк), която се съгласува добре с експерименталните данни. В същото време Планк вярва, че тази формула е просто успешен математически трик, но няма физическо значение. Тоест Планк не приема, че електромагнитното лъчение се излъчва под формата на отделни порции енергия (кванти), чиято величина е свързана с цикличната честота на лъчението чрез израза:

u (ω , T) (\displaystyle u(\omega ,T))

Фактор на пропорционалност ħ ε = ℏ ω. (\displaystyle \varepsilon =\hbar \omega .) , ħ по-късно наречен.

Фото ефект

Фотоелектричният ефект е излъчването на електрони от вещество под въздействието на светлина (и най-общо казано, всяко електромагнитно излъчване). В кондензирани вещества (твърди и течни) има външен и вътрешен фотоелектричен ефект.

Константа на Планк ≈ 1,054⋅10 −34 J sФотоелектричният ефект е обяснен през 1905 г. от Алберт Айнщайн (за което той получава Нобелова награда през 1921 г., благодарение на номинацията на шведския физик Осеен) въз основа на хипотезата на Планк за квантовата природа на светлината. Работата на Айнщайн съдържа важна нова хипотеза - ако Планк предложи тази светлина се излъчвасамо в квантувани части, тогава Айнщайн вече вярваше, че светлината и

съществува

Къде само под формата на квантувани порции. От закона за запазване на енергията, когато светлината се представя под формата на частици (фотони), формулата на Айнщайн за фотоелектричния ефект следва:ℏ ω = A o u t + m v 2 2 , (\displaystyle \hbar \omega =A_(out)+(\frac (mv^(2))(2)),) A o u t (\displaystyle A_(out))- т.нар работна функция (минимална енергия, необходима за отстраняване на електрон от вещество), m v 2 2 (\displaystyle (\frac (mv^(2))(2)))- кинетична енергия на излъчения електрон, ω (\displaystyle \omega ) - честота на падащия фотон с енергия- Константата на Планк. От тази формула следва съществуването на червената граница на фотоелектричния ефект, тоест съществуването на най-ниската честота, под която фотонната енергия вече не е достатъчна, за да „избие“ електрон от тялото. Същността на формулата е, че енергията на фотона се изразходва за йонизиране на атом на вещество, т.е. за работата, необходима за „откъсване“ на електрон, а остатъкът се превръща в кинетична енергия на електрона.

Комптън ефект

Методи за измерване

Използване на законите на фотоелектричния ефект

Този метод за измерване на константата на Планк използва закона на Айнщайн за фотоелектричния ефект:

K m a x = h ν − A , (\displaystyle K_(max)=h\nu -A,)

Къде K m a x (\displaystyle K_(max))- максимална кинетична енергия на фотоелектроните, излъчени от катода,

ν (\displaystyle \nu )- честота на падаща светлина, A (\displaystyle A)- т.нар работа на електрона.

Измерването се извършва по следния начин. Първо, катодът на фотоклетката се облъчва с монохроматична светлина с честота ν 1 (\displaystyle \nu _(1)), докато към фотоклетката се прилага блокиращо напрежение, така че токът през фотоклетката да спре. В този случай има следната зависимост, която пряко следва от закона на Айнщайн:

h ν 1 = A + e U 1 , (\displaystyle h\nu _(1)=A+eU_(1),)

Къде e (\displaystyle e) -

Константата на Планк определя границата между макросвета, където се прилагат законите на механиката на Нютон, и микросвета, където се прилагат законите на квантовата механика.

Макс Планк, един от основателите на квантовата механика, стигна до идеите за квантуване на енергията, докато се опитваше да обясни теоретично процеса на взаимодействие между наскоро откритите електромагнитни вълни ( cm.уравненията на Максуел) и атомите и по този начин решават проблема с излъчването на черно тяло. Той осъзна, че за да се обясни наблюдаваният емисионен спектър на атомите, е необходимо да се приеме за даденост, че атомите излъчват и абсорбират енергия на части (което ученият нарича кванти) и само при определени вълнови честоти. Енергията, пренесена от един квант, е равна на:

Къде vе честотата на излъчване, и ч — елементарен квант на действие,представляваща нова универсална константа, която скоро получи името Константа на Планк. Планк е първият, който изчислява стойността му въз основа на експериментални данни h = 6,548 × 10 -34 J s (в системата SI); по съвременни данни h = 6,626 × 10 -34 J s. Съответно всеки атом може да излъчва широк спектър от взаимосвързани дискретни честоти, което зависи от орбитите на електроните в атома. Нилс Бор скоро ще създаде съгласуван, макар и опростен модел на атома на Бор, в съответствие с разпределението на Планк.

След като публикува резултатите си в края на 1900 г., самият Планк - и това е ясно от публикациите му - първоначално не вярваше, че квантите са физическа реалност, а не удобен математически модел. Въпреки това, когато пет години по-късно Алберт Айнщайн публикува статия, обясняваща фотоелектричния ефект, основан на квантуване на енергиятарадиация, в научните среди формулата на Планк вече не се възприемаше като теоретична игра, а като описание на реално физическо явление на субатомно ниво, доказващо квантовата природа на енергията.

Константата на Планк се появява във всички уравнения и формули на квантовата механика. По-специално, той определя мащаба, от който влиза в сила принципът на неопределеността на Хайзенберг. Грубо казано, константата на Планк ни показва долната граница на пространствените количества, отвъд която квантовите ефекти не могат да бъдат игнорирани. За песъчинките, да речем, несигурността в произведението на техния линеен размер и скорост е толкова незначителна, че може да бъде пренебрегната. С други думи, константата на Планк очертава границата между макрокосмоса, където се прилагат законите на механиката на Нютон, и микрокосмоса, където влизат в сила законите на квантовата механика. Получена само за теоретично описание на едно физическо явление, константата на Планк скоро се превърна в една от основните константи на теоретичната физика, определена от самата природа на Вселената.

Вижте също:

Макс Карл Ернст Лудвиг Планк, 1858-1947

немски физик. Роден в Кил в семейството на професор по право. Като виртуозен пианист, Планк в младостта си е бил принуден да направи труден избор между науката и музиката (казват, че преди Първата световна война, в свободното си време, пианистът Макс Планк често създава много професионален класически дует с цигуларя Алберт Айнщайн. - Забележка преводач) Планк защитава докторската си дисертация по втория закон на термодинамиката през 1889 г. в Мюнхенския университет - и през същата година става учител, а от 1892 г. - професор в Берлинския университет, където работи до пенсионирането си през 1928 г. . Планк с право се счита за един от бащите на квантовата механика. Днес цяла мрежа от немски изследователски институти носи неговото име.

Цел на работата:експериментално определяне на константата на Планк с помощта на емисионни и абсорбционни спектри.

Уреди и аксесоари:спектроскоп, лампа с нажежаема жичка, живачна лампа, кювета с хромов пик.

1. Теоретично въведение

Атомът е най-малката частица от химичен елемент, която определя неговите основни свойства. Планетарният модел на атома е обоснован от експериментите на Е. Ръдърфорд. В центъра на атома има положително заредено ядро ​​със заряд З∙д (З– броят на протоните в ядрото, т.е. пореден номер на химичен елемент в периодичната система на Менделеев; д– зарядът на протона е равен на заряда на електрона). Електроните се движат около ядрото в електрическото поле на ядрото.

Стабилността на такава атомна система е оправдана от постулатите на Бор.

Първият постулат на Бор(постулат за стационарно състояние): в стабилно състояние на атом електроните се движат по определени стационарни орбити, без да излъчват електромагнитна енергия; стационарните електронни орбити се определят от правилото за квантуване:

. (2)

Върху електрон, който се движи по орбита около ядро, действа силата на Кулон:

. (3)

За водороден атом З=1. Тогава

. (4)

Решавайки уравнения (2) и (4) заедно, можем да определим:

а) орбитален радиус

; (5)

б) скорост на електрони

; (6)

в) електронна енергия

. (7)

Енергийно ниво– енергията, притежавана от електрон на атом в определено стационарно състояние.

Водородният атом има един електрон. Състояние на атома с п=1 се нарича основно състояние. Енергия на основното състояние

В основното си състояние атомът може само да абсорбира енергия.

По време на квантовите преходи атомите (молекулите) скачат от едно стационарно състояние в друго, тоест от едно енергийно ниво на друго. Промяната в състоянието на атомите (молекулите) е свързана с енергийни преходи на електрони от една стационарна орбита в друга. В този случай се излъчват или поглъщат електромагнитни вълни с различни честоти.

Вторият постулат на Бор(честотно правило): когато един електрон се движи от една стационарна орбита в друга, един фотон с енергия се излъчва или поглъща

, (8)

равна на енергийната разлика на съответните стационарни състояния ( И - съответно енергията на стационарните състояния на атома преди и след излъчване или поглъщане).

Енергията се излъчва или поглъща на отделни порции - кванти (фотони), като енергията на всеки квант (фотон) е свързана с честота ν съотношение на излъчваните вълни

, (9)

Къде ч– Константа на Планк. Константа на Планк– една от най-важните константи на атомната физика, числено равна на енергията на един радиационен квант при честота на излъчване 1 Hz.

Като се вземе това предвид, уравнение (8) може да бъде написано като

. (10)

Съвкупността от електромагнитни вълни с всички честоти, които даден атом (молекула) излъчва и поглъща е емисионен или абсорбционен спектър на дадено вещество. Тъй като атомът на всяко вещество има своя собствена вътрешна структура, следователно всеки атом има индивидуален, уникален спектър. Това е основата на спектралния анализ, открит през 1859 г. от Кирхоф и Бунзен.

Характеристики на емисионните спектри

Спектралния състав на излъчването на веществата е много разнообразен. Но въпреки това всички спектри могат да бъдат разделени на три типа.

Непрекъснати спектри.Непрекъснатият спектър представлява дължините на всички вълни. В такъв спектър няма прекъсвания, той се състои от участъци с различни цветове, които преминават един в друг.

Непрекъснати (или твърди) спектри се произвеждат от тела в твърдо или течно състояние (лампа с нажежаема жичка, разтопена стомана и др.), както и силно сгъстени газове. За да се получи непрекъснат спектър, тялото трябва да се нагрее до висока температура.

Непрекъснат спектър се произвежда и от високотемпературна плазма. Електромагнитните вълни се излъчват от плазмата главно при сблъсък на електрони с йони.

Линейни спектри.Линейните емисионни спектри се състоят от отделни спектрални линии, разделени от тъмни интервали.

Линейните спектри дават всички вещества в газообразно атомно състояние. В този случай светлината се излъчва от атоми, които практически не взаимодействат помежду си. Наличието на линеен спектър означава, че веществото излъчва светлина само при определени дължини на вълната (по-точно в определени много тесни спектрални интервали).

Ивичести спектри.Лентовите емисионни спектри се състоят от отделни групи линии, разположени толкова близко, че се сливат в ленти. Така ивичестият спектър се състои от отделни ленти, разделени от тъмни интервали.

За разлика от линейните спектри, ивичните спектри се създават не от атоми, а от молекули, които не са свързани или са слабо свързани една с друга.

За наблюдение на атомни и молекулни спектри се използва сиянието на пара на вещество в пламък или сиянието на газов разряд в тръба, пълна с изследвания газ.

Характеристики на абсорбционните спектри.

Спектърът на поглъщане може да се наблюдава, ако по пътя на излъчване, идващо от източник, който дава непрекъснат спектър на излъчване, се постави вещество, което поглъща определени лъчи с различна дължина на вълната.

В този случай в зрителното поле на спектроскопа ще се виждат тъмни линии или ивици в онези места от непрекъснатия спектър, които съответстват на абсорбцията. Характерът на абсорбцията се определя от природата и структурата на абсорбиращата субстанция. Газът абсорбира светлина точно с дължините на вълните, които излъчва при силно нагряване. Фигура 1 показва спектрите на емисия и абсорбция на водород.

Абсорбционните спектри, както и емисионните спектри, се разделят на непрекъснати, линейни и ивични.

Непрекъснати спектриабсорбции се наблюдават при абсорбиране от вещество в кондензирано състояние.

Линейни спектриабсорбции се наблюдават, когато абсорбиращо вещество в газообразно състояние (атомен газ) се постави между източника на непрекъснат спектър на радиация и спектроскопа.

Раирана– когато се абсорбира от вещества, състоящи се от молекули (разтвори).