Eşit derecede sabit çubuk. Plank sabiti

· Karışık durum · Ölçüm · Belirsizlik · Pauli ilkesi · Dualizm · Eşevresizlik · Ehrenfest teoremi · Tünel etkisi

Deneyler
Davisson-Germer deneyi · Popper deneyi · Stern-Gerlach deneyi · Young deneyi · Bell eşitsizlikleri testi · Fotoelektrik etki · Compton etkisi

Formülasyonlar
Schrödinger gösterimi · Heisenberg gösterimi · Etkileşim gösterimi · Matris kuantum mekaniği · Yol integralleri · Feynman diyagramları

Denklemler
Schrödinger denklemi · Pauli denklemi · Klein-Gordon denklemi · Dirac denklemi · Schwinger-Tomonaga denklemi · Von Neumann denklemi · Bloch denklemi · Lindblad denklemi · Heisenberg denklemi

Yorumlar
Kopenhag · Gizli parametre teorisi · Çoklu dünyalar · De Broglie-Bohm teorisi

Teorinin gelişimi
Kuantum alan teorisi · Kuantum elektrodinamiği · Glashow-Weinberg-Salam teorisi · Kuantum renk dinamiği · Standart Model · Kuantum yerçekimi

Ünlü bilim adamları
Planck · Einstein · Schrödinger · Heisenberg · Ürdün · Bohr · Pauli · Dirac · Fock · Born · de Broglie · Landau · Feynman · Bohm · Everett

Ayrıca bakınız: Portal:Fizik

Fiziksel anlam

Kuantum mekaniğinde dürtü, bir dalga vektörü, enerji - frekans ve eylem - dalga fazının fiziksel anlamına sahiptir, ancak geleneksel olarak (tarihsel olarak) mekanik nicelikler, karşılık gelen birimlerden başka birimlerle (kg m/s, J, J s) ölçülür. dalga olanlar (m −1, s −1, boyutsuz faz birimleri). Planck sabiti, bu iki birim sistemini (kuantum ve geleneksel) birbirine bağlayan bir dönüşüm faktörü (her zaman aynı) rolünü oynar:

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

Eğer fiziksel birimler sistemi kuantum mekaniğinin ortaya çıkışından sonra oluşturulmuş olsaydı ve temel teorik formülleri basitleştirecek şekilde uyarlanmış olsaydı, Planck sabiti muhtemelen basitçe bire veya her halükarda daha yuvarlak bir sayıya eşitlenirdi. Teorik fizikte birimler sistemi $\backslash hbar\; =\; 1$, içinde

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

Planck sabiti ayrıca klasik ve kuantum fiziğinin uygulanabilirlik alanlarını sınırlamada basit bir değerlendirme rolüne sahiptir: söz konusu sistemin eyleminin büyüklüğü veya açısal momentum karakteristiği veya karakteristik bir dürtü ile karakteristik bir boyutun çarpımı ile karşılaştırıldığında, veya karakteristik bir zamana göre karakteristik bir enerji, klasik mekaniğin bu fiziksel sisteme ne kadar uygulanabilir olduğunu gösterir. Yani eğer $S$- sistemin eylemi ve $M$ açısal momentumu ise $\backslash frac(S)(\backslash hbar)\backslash gg1$ veya $\backslash frac(M)(\backslash hbar)\backslash gg1$ Sistemin davranışı klasik mekanik tarafından iyi bir doğrulukla tanımlanır. Bu tahminler Heisenberg belirsizlik ilişkileriyle oldukça doğrudan ilişkilidir.

Keşif tarihi

Planck'ın termal radyasyon formülü

Planck formülü, denge radyasyon yoğunluğu için Max Planck tarafından elde edilen, siyah cisim radyasyonunun spektral güç yoğunluğunun bir ifadesidir. $u(\backslash omega,\; T)$. Planck'ın formülü, Rayleigh-Jeans formülünün radyasyonu yalnızca uzun dalga bölgesinde tatmin edici bir şekilde tanımladığı netleştikten sonra elde edildi. 1900 yılında Planck, deneysel verilerle iyi uyum sağlayan sabiti (daha sonra Planck sabiti olarak anılacaktır) içeren bir formül önerdi. Aynı zamanda Planck, bu formülün yalnızca başarılı bir matematik hilesi olduğuna, ancak fiziksel bir anlamı olmadığına inanıyordu. Yani Planck, elektromanyetik radyasyonun, büyüklüğü radyasyonun döngüsel frekansı ile aşağıdaki ifadeyle ilişkili olan bireysel enerji bölümleri (kuantum) biçiminde yayıldığını varsaymamıştır:

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

Orantılılık faktörü $\backslash hbar$ daha sonra adlandırıldı Planck sabiti, $\backslash hbar$= 1,054·10 −34 J·s.

Fotoğraf efekti

Fotoelektrik etki, ışığın (ve genel olarak konuşursak herhangi bir elektromanyetik radyasyonun) etkisi altındaki bir madde tarafından elektronların yayılmasıdır. Yoğunlaştırılmış maddelerde (katı ve sıvı), dış ve iç fotoelektrik etki vardır.

Daha sonra aynı fotosel belirli bir frekansta monokromatik ışıkla ışınlanır. $\backslash nu\_2$ ve aynı şekilde gerginlikle kilitliyorlar $U\_2:$

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

İkinci ifadeyi birinciden terim terim çıkararak şunu elde ederiz:

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

nereden geliyor

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

X-ışını bremsstrahlung spektrumunun analizi

Bu yöntem mevcut yöntemler arasında en doğru olanı olarak kabul edilir. Bremsstrahlung X-ışınlarının frekans spektrumunun, menekşe sınırı adı verilen kesin bir üst sınıra sahip olması gerçeğinden yararlanır. Varlığı, elektromanyetik radyasyonun kuantum özelliklerinden ve enerjinin korunumu yasasından kaynaklanmaktadır. Gerçekten mi,

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

Nerede $C$- ışık hızı,

$\backslash lambda$- x-ışını dalga boyu, $e$- elektron yükü, $sen$- X-ışını tüpünün elektrotları arasındaki voltajı hızlandırır.

O halde Planck sabiti

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

"Planck Sabiti" makalesi hakkında yorum yazın

Notlar

Edebiyat

• John D. Barrow. Doğanın Sabitleri; Alfa'dan Omega'ya - Evrenin En Derin Sırlarını Kodlayan Sayılar. - Pantheon Books, 2002. - ISBN 0-37-542221-8.
• Steiner R.// Fizikteki İlerleme Raporları. - 2013. - Cilt. 76. - S.016101.

Bağlantılar

Temel Türevler Kullanılan

Planck Sabitini karakterize eden alıntı

"Bu benim bardağım" dedi. - Parmağını sok, hepsini içeceğim.
Semaver tamamen sarhoş olduğunda Rostov kartları aldı ve Marya Genrikhovna ile kral oynamayı teklif etti. Marya Genrikhovna'nın partisinin kim olacağına karar vermek için kura çekildi. Rostov'un teklifine göre oyunun kuralları, kral olacak kişinin Marya Genrikhovna'nın elini öpme hakkına sahip olması ve alçak olarak kalacak kişinin gidip doktora yeni bir semaver koymasıydı. uyandım.
- Peki ya Marya Genrikhovna kral olursa? – İlyin sordu.
- O zaten bir kraliçe! Ve onun emirleri kanundur.
Doktorun şaşkın kafası aniden Marya Genrikhovna'nın arkasından kalktığında oyun daha yeni başlamıştı. Uzun zamandır uyumamış, söylenenleri dinlememiş ve görünüşe göre söylenen ve yapılan hiçbir şeyde neşeli, komik ya da eğlendirici bir şey bulamamıştı. Yüzü üzgün ve umutsuzdu. Yolu kapatıldığı için memurları selamlamadı, kendini kaşıdı ve ayrılmak için izin istedi. Dışarı çıkar çıkmaz tüm memurlar kahkahalara boğuldu ve Marya Genrikhovna gözyaşlarına boğuldu ve böylece tüm memurların gözünde daha da çekici hale geldi. Bahçeden dönen doktor, (o kadar mutlu bir şekilde gülümsemeyi bırakmış ve korkuyla ona bakan, kararı bekleyen) karısına yağmurun dindiğini ve geceyi çadırda geçirmek zorunda olduğunu, aksi takdirde her şeyin mahvolacağını söyledi. çalındı.
- Evet, bir haberci göndereceğim... iki! - dedi Rostov. - Haydi doktor.
– Saati kendim izleyeceğim! - dedi İlyin.
"Hayır beyler, siz iyi uyudunuz ama ben iki gece uyuyamadım" dedi doktor ve üzgün bir şekilde karısının yanına oturup oyunun bitmesini bekledi.
Doktorun kasvetli yüzüne bakan, karısına yan gözle bakan memurlar daha da neşeli hale geldi ve çoğu gülmekten kendini alamadı, bunun için aceleyle makul bahaneler bulmaya çalıştılar. Doktor karısını da alıp çadıra yerleştiğinde, memurlar ıslak paltolarla örtülü olarak meyhanede uzandılar; ama uzun süre uyuyamadılar, ya konuşarak, doktorun korkusunu ve eğlencesini hatırlayarak, ya da verandaya koşup çadırda olup bitenleri anlatarak. Rostov birkaç kez başını çevirerek uykuya dalmak istedi; ama yine birinin sözü onu eğlendirdi, yine bir konuşma başladı ve yine nedensiz, neşeli, çocukça kahkahalar duyuldu.

Saat üçte, çavuş Ostrovne kentine yürüme emriyle ortaya çıktığında henüz kimse uyumamıştı.
Memurlar da aynı gevezelik ve kahkahalarla aceleyle hazırlanmaya başladılar; semaveri yine kirli suyun üzerine koydular. Ancak Rostov çay beklemeden filoya gitti. Zaten şafak sökmüştü; yağmur durdu, bulutlar dağıldı. Özellikle ıslak bir elbiseyle hava nemli ve soğuktu. Şafağın alacakaranlığında meyhaneden çıkan Rostov ve İlyin, doktorun bacaklarının dışarı çıktığı ve ortasında doktor şapkasının bulunduğu önlüğün altından doktorun yağmurdan parlayan deri çadırına baktılar. yastığın üzerinde görülüyor ve uykulu nefesler duyulabiliyordu.
- Gerçekten çok hoş biri! - Rostov, kendisiyle birlikte ayrılan İlyin'e dedi.
- Bu kadın ne güzel! – İlyin on altı yaşındaki bir ciddiyetle cevap verdi.
Yarım saat sonra sıraya dizilen filo yolda durdu. Komut duyuldu: “Oturun! - askerler haç çıkardılar ve oturmaya başladılar. Rostov ileri atılarak şu emri verdi: “Mart! - ve dört kişi halinde uzanan hussarlar, ıslak yolda toynak sesleri, kılıç sesleri ve sessizce konuşarak, önlerinde yürüyen piyade ve bataryayı takip ederek huş ağaçlarıyla kaplı geniş yol boyunca yola çıktılar.
Güneş doğarken kırmızıya dönen yırtık mavi-mor bulutlar rüzgar tarafından hızla sürüklendi. Daha hafif ve daha hafif hale geldi. Köy yollarında her zaman büyüyen ve dünkü yağmurdan dolayı hala ıslak olan kıvırcık çimenler açıkça görülebiliyordu; Huş ağaçlarının yine ıslak olan sarkan dalları rüzgarda sallanıyor ve yanlarına ışık damlaları düşürüyordu. Askerlerin yüzleri giderek daha net hale geldi. Rostov, arkasında kalmayan İlyin ile yol kenarında, çift sıra huş ağaçlarının arasında ata biniyordu.
Kampanya sırasında Rostov, ön saflarda bir ata değil, bir Kazak atına binme özgürlüğünü aldı. Hem uzman hem de avcı olarak kısa süre önce kendisine kimsenin atlamadığı, büyük ve nazik bir av atı olan gösterişli bir Don aldı. Bu ata binmek Rostov için bir zevkti. Atı, sabahı, doktoru düşündü ve yaklaşmakta olan tehlikeyi bir kez bile düşünmedi.
Daha önce işe giren Rostov korkuyordu; Artık en ufak bir korku duygusu hissetmiyordu. Korkmadığı için değil ateşe alıştığı için (tehlikeye alışamazsınız), tehlike karşısında ruhunu kontrol etmeyi öğrendiği içindi. İşe girerken, her şeyden daha ilginç görünen şey - yaklaşan tehlike dışında - her şeyi düşünmeye alışmıştı. Hizmetinin ilk döneminde ne kadar çabalasa da, korkaklıkla kendini suçlasa da bunu başaramadı; ama yıllar geçtikçe bu artık doğal hale geldi. Artık huş ağaçlarının arasında İlyin'in yanında at sürüyor, ara sıra eline gelen dalların yapraklarını koparıyor, bazen ayağıyla atın kasıklarına dokunuyor, bazen de hiç dönmeden, bitmiş piposunu arkadan gelen hafif süvarilere öyle sakin ve sakin bir tavırla veriyordu ki. sanki biniyormuş gibi kaygısız bir bakış. Çok konuşan ve huzursuz olan İlyin'in tedirgin yüzüne bakınca üzüldü; kornetin içinde bulunduğu korku ve ölümü beklemenin acı verici durumunu deneyimlerinden biliyordu ve zamandan başka hiçbir şeyin ona yardım edemeyeceğini biliyordu.
Rüzgâr dindiğinde, sanki fırtınadan sonra bu güzel yaz sabahını bozmaya cesaret edemiyormuş gibi, güneş bulutların altından net bir şekilde belirmişti; Damlalar hâlâ düşüyordu ama dikey olarak ve her şey sessizleşti. Güneş tamamen ortaya çıktı, ufukta belirdi ve onun üzerinde dar ve uzun bir bulut halinde kayboldu. Birkaç dakika sonra güneş bulutun üst kenarında daha da parlak göründü ve kenarlarını kırdı. Her şey parladı ve parladı. Ve bu ışıkla birlikte sanki ona cevap veriyormuşçasına ileriden silah sesleri duyuldu.
Rostov'un bu atışların ne kadar uzakta olduğunu düşünüp belirlemeye vakti kalmadan, Kont Osterman Tolstoy'un emir subayı, yol boyunca tırıs gitme emriyle Vitebsk'ten dörtnala geldi.
Filo, daha hızlı gitmek için acele eden piyade ve bataryanın etrafından dolaştı, dağdan aşağı indi ve sakinlerinin olmadığı boş bir köyden geçerek tekrar dağa tırmandı. Atlar köpürmeye başladı, insanlar kızardı.
- Dur, eşit ol! - tümen komutanının emri ileriden duyuldu.
- Sol omuz öne, öne çık! - önden komuta ettiler.
Ve birlik hattı boyunca hussarlar mevzinin sol kanadına gittiler ve ilk safta yer alan mızrakçılarımızın arkasında durdular. Sağda piyadelerimiz kalın bir sütun halinde duruyordu - bunlar yedeklerdi; dağın üzerinde, silahlarımız sabahları açık, temiz havada, eğik ve parlak ışıkta, tam ufukta görülüyordu. İleride, vadinin arkasında düşman sütunları ve topları görülüyordu. Vadide zincirimizin zaten meşgul olduğunu ve düşmanla neşeyle tıkırdadığını duyabiliyorduk.
Rostov, sanki en neşeli müziğin seslerindenmiş gibi, uzun zamandır duyulmayan bu seslerden ruhunda neşe duydu. Dokun ve dokun! – birdenbire, ardından birkaç atış birbiri ardına hızla alkışladı. Yine her şey sessizliğe büründü ve sanki birisi üzerlerine yürüdüğünde havai fişekler patlıyormuş gibi oldu.
Hussarlar yaklaşık bir saat boyunca tek bir yerde durdu. Top atışları başladı. Kont Osterman ve beraberindekiler filonun arkasına geçtiler, durdular, alay komutanıyla konuştular ve dağdaki silahlara doğru yola çıktılar.
Osterman'ın ayrılmasının ardından mızraklı askerler bir emir duydu:
- Bir sütun oluşturun ve saldırı için sıraya girin! “Önlerindeki piyadeler süvarilerin geçmesine izin vermek için müfrezelerini iki katına çıkardı. Mızraklı süvariler rüzgar güllerini sallayarak yola çıktılar ve dağın altında sol tarafta görünen Fransız süvarilerine doğru hızla yokuş aşağı gittiler.
Mızraklı süvariler dağdan aşağı iner inmez, hussarlara bataryayı korumak için dağa çıkmaları emredildi. Süvariler mızraklıların yerini alırken, uzaktaki kayıp mermiler ciyaklayarak ve ıslık çalarak zincirden uçtu.
Uzun zamandır duyulmayan bu ses, Rostov üzerinde önceki atış seslerinden daha neşeli ve heyecan verici bir etki yarattı. Doğrularak dağdan açılan savaş alanına baktı ve mızraklıların hareketine tüm ruhuyla katıldı. Mızraklı süvariler Fransız ejderhalarının yanına yaklaştılar, orada dumanın içinde bir şeyler dolaşmıştı ve beş dakika sonra mızraklılar durdukları yere değil sola doğru koştular. Kırmızı atların üzerindeki turuncu mızraklı süvarilerin arasında ve onların arkasında, büyük bir yığın halinde, gri atların üzerindeki mavi Fransız süvarileri görülüyordu.

Keskin avcı gözüyle Rostov, mızraklı süvarilerimizi takip eden bu mavi Fransız süvarilerini ilk görenlerden biriydi. Kalabalıktan rahatsız olan mızraklı süvariler ve onları takip eden Fransız süvarileri giderek daha da yaklaşıyordu. Dağın altında küçük görünen bu insanların nasıl çarpıştığı, birbirlerine yetiştiği ve kollarını veya kılıçlarını salladıklarını şimdiden görmek mümkündü.
Rostov sanki kendisine zulmediliyormuş gibi önünde olup bitenlere baktı. İçgüdüsel olarak, şimdi süvarilerle birlikte Fransız ejderhalarına saldırırsa direnmeyeceklerini hissetti; ama vurursanız bunu şimdi, bu dakikada yapmak zorundaydınız, yoksa çok geç olacak. Etrafına baktı. Yanında duran yüzbaşı da aynı şekilde gözlerini aşağıdaki süvarilerden ayırmadı.
Rostov, "Andrei Sevastyanich" dedi, "onlardan şüphe edeceğiz...
Kaptan, "Bu çok gösterişli bir şey olurdu," dedi, "ama aslında...
Rostov, onu dinlemeden atını itti, dörtnala filonun önüne geçti ve harekete komuta etmeye zaman bulamadan, onunla aynı şeyi yaşayan tüm filo onun peşinden yola çıktı. Rostov'un kendisi bunu nasıl ve neden yaptığını bilmiyordu. Bütün bunları avda yaptığı gibi düşünmeden, düşünmeden yaptı. Ejderhaların yakında olduğunu, dörtnala koştuklarını, üzgün olduklarını gördü; dayanamayacaklarını biliyordu, kaçırırsa geri gelmeyecek tek bir dakikanın olduğunu biliyordu. Kurşunlar çevresinde o kadar heyecanla ciyaklayıp ıslık çalıyordu ki, at o kadar hevesle ileri doğru yalvarıyordu ki dayanamıyordu. Atına dokundu, emri verdi ve aynı anda konuşlandırılmış filosunun tam süratle ayak seslerini arkasında duyarak dağdan aşağı ejderhalara doğru alçalmaya başladı. Yokuş aşağı iner inmez, tırıs yürüyüşleri istemsizce dörtnala dönüştü ve mızraklı atlılara ve arkalarında dörtnala koşan Fransız süvarilerine yaklaştıkça bu hız giderek daha da hızlandı. Ejderhalar yakındaydı. Hussarları gören öndekiler geri dönmeye başladı, arkadakiler durdu. Rostov, kurdun üzerinden koştuğu hissiyle, kıçını tam hızla serbest bırakarak, Fransız ejderhalarının hüsrana uğramış safları boyunca dörtnala koştu. Bir mızraklı durdu, bir ayağı ezilmemek için yere düştü, binicisiz bir at süvarilerin arasına karıştı. Neredeyse tüm Fransız ejderhaları dörtnala geri döndü. Gri atlılardan birini seçen Rostov, onun peşinden gitti. Yolda bir çalılığa rastladı; İyi bir at onu taşıdı ve eyerde zar zor dayanabilen Nikolai, hedef olarak seçtiği düşmana birkaç dakika içinde yetişeceğini gördü. Bu Fransız muhtemelen bir subaydı; üniformasına bakılırsa, eğilmiş ve gri atının üzerinde dörtnala gidiyor, onu bir kılıçla dürtüklüyordu. Bir dakika sonra, Rostov'un atı göğsüyle memurun atının arkasına çarptı, neredeyse onu deviriyordu ve aynı anda Rostov, nedenini bilmeden kılıcını kaldırdı ve onunla Fransız'a vurdu.

SABİT ÇUBUK
Doğanın evrensel sayısal sabitlerinden biri olan h, maddenin ve enerjinin davranışını mikroskobik ölçekte tanımlayan birçok formül ve fizik kanununda yer almaktadır. Bu sabitin varlığı, 1900 yılında Berlin Üniversitesi fizik profesörü M. Planck tarafından kuantum teorisinin temellerini atan bir çalışmayla ortaya konmuştur. Ayrıca büyüklüğüne ilişkin bir ön tahmin de verdi. Planck sabitinin şu anda kabul edilen değeri (6,6260755 ± 0,00023)*10 -34 J*s'dir. Planck bu keşfi, ısıtılmış cisimlerin yaydığı radyasyonun spektrumu için teorik bir açıklama bulmaya çalışırken yaptı. Bu tür radyasyon, mutlak sıfırın üzerindeki herhangi bir sıcaklıkta çok sayıda atomdan oluşan tüm cisimler tarafından yayılır, ancak yalnızca suyun kaynama noktasına yakın 100 ° C ve üzerindeki sıcaklıklarda fark edilir hale gelir. Ayrıca radyo frekansından kızılötesi, görünür ve morötesi bölgelere kadar tüm frekans spektrumunu kapsar. Görünür ışık bölgesinde radyasyon yalnızca yaklaşık 550° C'de yeterince parlak hale gelir. Birim zaman başına radyasyon yoğunluğunun frekansa bağımlılığı, Şekil 2'de gösterilen spektral dağılımlarla karakterize edilir. Çeşitli sıcaklık değerleri için 1. Belirli bir frekanstaki radyasyon yoğunluğu, belirli bir frekansın yakınında dar bir frekans bandında yayılan enerji miktarıdır. Eğrinin alanı tüm frekanslarda yayılan toplam enerjiyle orantılıdır. Görüldüğü gibi sıcaklık arttıkça bu alan hızla artmaktadır.

Planck, spektral dağılım fonksiyonunu teorik olarak türetmek ve deneysel olarak oluşturulmuş iki basit model için bir açıklama bulmak istedi: ısıtılmış bir cismin en parlak ışıltısına karşılık gelen frekans, mutlak sıcaklıkla orantılıdır ve 1 birim alan üzerinden yayılan toplam enerji. Tamamen siyah bir cismin yüzeyi mutlak sıcaklığının dördüncü kuvvetidir. İlk model aşağıdaki formülle ifade edilebilir

Burada nm, maksimum radyasyon yoğunluğuna karşılık gelen frekanstır, T vücudun mutlak sıcaklığıdır ve a, yayan nesnenin özelliklerine bağlı bir sabittir. İkinci model formülle ifade edilir

Burada E, birim yüzey alanı tarafından 1 s'de yayılan toplam enerjidir, s, yayan nesneyi karakterize eden bir sabittir ve T, cismin mutlak sıcaklığıdır. İlk formüle Wien'in yer değiştirme yasası, ikincisine ise Stefan-Boltzmann yasası denir. Bu yasalara dayanarak Planck, herhangi bir sıcaklıkta yayılan enerjinin spektral dağılımı için kesin bir ifade elde etmeye çalıştı. Bu olgunun evrensel doğası, termodinamiğin ikinci yasasına göre açıklanabilir; buna göre, fiziksel bir sistemde kendiliğinden meydana gelen termal süreçler, her zaman sistemde termal dengenin kurulması yönünde ilerler. Şekil 2'de gösterildiği gibi, farklı şekillerde, farklı boyutlarda ve aynı sıcaklıktaki farklı malzemelerden yapılmış iki içi boş A ve B cismin birbirine baktığını hayal edelim. 2. A'dan B'ye, B'den A'ya olduğundan daha fazla radyasyon geldiğini varsayarsak, o zaman B gövdesi kaçınılmaz olarak A pahasına ısınacak ve denge kendiliğinden bozulacaktır. Bu olasılık termodinamiğin ikinci yasası tarafından hariç tutulmuştur ve bu nedenle her iki cisim de aynı miktarda enerji yaymalıdır ve bu nedenle formül (2)'deki s'nin değeri, yayan yüzeyin boyutuna ve malzemesine bağlı değildir, ikincisinin bir tür boşluk olması şartıyla. Eğer boşluklar, herhangi bir frekanstaki radyasyon dışında tüm radyasyonu filtreleyip geri yansıtacak renkli bir ekranla ayrılmış olsaydı, o zaman söylenen her şey doğru kalırdı. Bu, spektrumun her bir kısmındaki her boşluk tarafından yayılan radyasyon miktarının aynı olduğu ve boşluk için spektral dağılım fonksiyonunun evrensel bir doğa kanunu karakterine sahip olduğu ve formül (1)'deki a değerinin olduğu anlamına gelir. s değeri evrensel bir fiziksel sabittir.

Termodinamik konusunda oldukça bilgili olan Planck, soruna bu özel çözümü tercih etti ve deneme yanılma yoluyla spektral dağılım fonksiyonunu hesaplamayı mümkün kılan bir termodinamik formül buldu. Ortaya çıkan formül, mevcut tüm deneysel verilerle ve özellikle ampirik formüller (1) ve (2) ile tutarlıydı. Bunu açıklamak için Planck, termodinamiğin ikinci yasasının önerdiği akıllıca bir numarayı kullandı. Maddenin termodinamiğinin, radyasyonun termodinamiğinden daha iyi çalışıldığına haklı olarak inanarak, dikkatini öncelikle boşluğun içindeki radyasyona değil, boşluğun duvarlarının maddesine odakladı. Wien ve Stefan-Boltzmann yasalarında yer alan sabitler maddenin doğasına bağlı olmadığından Planck'ın duvarların malzemesine ilişkin her türlü varsayımda bulunma hakkı vardı. Duvarların, her biri farklı frekansa sahip çok sayıda küçük, elektrik yüklü osilatörden oluştuğu bir model seçti. Osilatörler, üzerlerindeki radyasyon olayının etkisi altında salınarak enerji yayabilir. Tüm süreç, iyi bilinen elektrodinamik yasalarına dayanarak incelenebilir; spektral dağılım fonksiyonu, farklı frekanslardaki osilatörlerin ortalama enerjisi hesaplanarak bulunabilir. Akıl yürütme sırasını tersine çeviren Planck, tahmin ettiği doğru spektral dağılım fonksiyonuna dayanarak, T mutlak sıcaklığında denge halindeki bir boşluktaki n frekansına sahip bir osilatörün ortalama enerjisi U için bir formül buldu:

Burada b, deneysel olarak belirlenen bir miktardır ve k, termodinamikte ve gazların kinetik teorisinde görülen bir sabittir (ilk olarak Planck tarafından ortaya atılmış olmasına rağmen Boltzmann sabiti olarak adlandırılır). Bu sabit genellikle bir T faktörüyle birlikte geldiğinden, yeni bir h = bk sabiti eklemek uygundur. O halde b = h/k ve formül (3) şu şekilde yeniden yazılabilir:

Yeni sabit h, Planck sabitidir; Planck tarafından hesaplanan değeri 6,55×10-34 JHs idi; bu da modern değerden yalnızca %1 kadar farklıdır. Planck'ın teorisi, formül (2)'deki s'nin değerini h, k ve ışık hızı c cinsinden ifade etmeyi mümkün kıldı:

Bu ifade, sabitlerin bilindiği doğruluk ölçüsünde deneyle uyumluydu; Daha sonra daha hassas ölçümler hiçbir tutarsızlık ortaya çıkarmadı. Böylece spektral dağılım fonksiyonunu açıklama problemi “basit” bir probleme indirgenmiştir. H sabitinin, daha doğrusu hn çarpımının fiziksel anlamını açıklamak gerekiyordu. Planck'ın keşfi, fiziksel anlamının ancak mekaniğe tamamen yeni bir "enerji kuantumu" kavramının dahil edilmesiyle açıklanabileceğiydi. 14 Aralık 1900'de Alman Fizik Derneği'nin bir toplantısında Planck, raporunda, n frekansına sahip bir osilatörün elektromanyetik alanla enerji alışverişinde bulunduğunu varsayarsak formül (4) ve dolayısıyla diğer formüllerin açıklanabileceğini gösterdi. sürekli değil, adım adım, enerjisini her biri hn'ye eşit olan ayrı bölümler halinde, kuantumlarda kazanıyor ve kaybediyor.
Ayrıca bakınız
ELEKTROMANYETİK RADYASYON;
SICAKLIK ;
TERMODİNAMİK.
Planck'ın keşfinin sonuçları FOTOELEKTRİK ETKİSİ;
KOMPTON ETKİSİ;
ATOM;
ATOM YAPISI;
KUANTUM MEKANİĞİ. Kuantum mekaniği, mikroskobik ölçekte genel bir fenomen teorisidir. Planck'ın keşfi artık bu teorinin denklemlerinden kaynaklanan özel bir doğanın önemli bir sonucu olarak karşımıza çıkıyor. Özellikle akustik ve elektromanyetik olaylar gibi salınım hareketi sırasında meydana gelen tüm enerji değişim süreçleri için geçerli olduğu ortaya çıktı. Bu, frekansları görünür ışığın frekans karakteristiğinden 100-10.000 kat daha yüksek olan ve kuantumları buna uygun olarak daha yüksek bir enerjiye sahip olan X-ışını radyasyonunun yüksek nüfuz gücünü açıklar. Planck'ın keşfi, temel parçacıkların dalga özellikleri ve bunların kombinasyonlarıyla ilgilenen maddenin dalga teorisinin tamamının temelini oluşturuyor. Maxwell'in teorisinden, E enerjili bir ışık ışınının şuna eşit bir p momentumu taşıdığı bilinmektedir:

Burada c ışık hızıdır. Işık kuantumları her birinin enerjisi hn olan parçacıklar olarak kabul edilirse, her birinin hn/c'ye eşit bir p momentumuna sahip olduğunu varsaymak doğaldır. Dalga boyu l'yi frekans n ve ışık hızı c'ye bağlayan temel ilişki şu şekildedir:

Dolayısıyla momentum ifadesi h/l olarak yazılabilir. 1923'te yüksek lisans öğrencisi L. de Broglie, yalnızca ışığın değil, aynı zamanda maddenin tüm biçimlerinin, ilişkilerde ifade edilen dalga-parçacık ikiciliğiyle karakterize edildiğini öne sürdü.

Bir dalganın ve bir parçacığın özellikleri arasında. Bu hipotez doğrulandı ve Planck sabiti evrensel bir fiziksel sabit haline geldi. Rolü, en başından beri beklenenden çok daha önemli olduğu ortaya çıktı.
EDEBİYAT
Kuantum metrolojisi ve temel sabitler. M., 1973 Schepf H.-G. Kirchhoff'tan Planck'a. M., 1981

Collier'in Ansiklopedisi. - Açık Toplum. 2000 .

Diğer sözlüklerde "SABİT PLANK" ın ne olduğunu görün:

- (kuantum eylem) kuantum teorisinin ana sabiti (bkz. Kuantum mekaniği), adını M. Planck'tan almıştır. Tahta sabiti h ??6.626.10 34 J.s. Miktar sıklıkla kullanılır. = h/2???1.0546.10 34 J.s, buna Planck sabiti de denir... Büyük Ansiklopedik Sözlük

- (hareketin kuantumu, h ile gösterilir), temel fiziksel. geniş bir fiziksel aralığı tanımlayan bir sabit eylem boyutu ile niceliklerin ayrıklığının esas olduğu olgular (bkz. KUANTUM MEKANİĞİ). Almanca olarak tanıtıldı. fizikçi M. Planck 1900'de... ... Fiziksel ansiklopedi

- (kuantum eylem), kuantum teorisinin ana sabiti (bkz. Kuantum mekaniği). Adını M. Planck'tan almıştır. Planck sabiti h≈6,626·10 34 J·s. Planck sabiti olarak da adlandırılan h = h/2π≈1,0546·10 34 J·s değeri sıklıkla kullanılır. * * *… … Ansiklopedik Sözlük

Planck sabiti (kuantum eylem), elektromanyetik radyasyonun enerji miktarını frekansına bağlayan bir katsayı olan kuantum teorisinin ana sabitidir. Eylemin kuantumu ve açısal momentumun kuantumu da anlamlıdır. Bilimsel kullanıma sunuldu M ... Vikipedi

Eylem kuantumu (Bkz. Eylem), temel bir fiziksel sabittir (Bkz. Fiziksel sabitler), ayrı eylemin gerekli olduğu çok çeşitli fiziksel olayları tanımlar. Bu fenomenler kuantum mekaniğinde incelenir (Bkz... Büyük Sovyet Ansiklopedisi

- (etki kuantumu), temel. kuantum teorisinin sabiti (bkz. Kuantum mekaniği). Adını M. Planck'tan almıştır. P.p.h 6,626*10 34 J*s. H = h/2PI 1.0546*10 34 J*s değeri sıklıkla kullanılır, aynı zamanda denir. P.p... Doğa bilimi. Ansiklopedik Sözlük

Temel Fizik. sabit, kuantum eylem, enerji ve zamanın çarpımı boyutuna sahip. Fiziksel belirler ayrı fiziksel özelliklerle karakterize edilen mikro dünya fenomeni eylem boyutuyla birlikte nicelikler (bkz. Kuantum mekaniği). Boyut olarak... ... Kimyasal ansiklopedi

Mutlak fiziksel eylem boyutuna sahip bir sabit (enerji X zamanı); CGS sisteminde p.p.h (6.62377 + 0.00018)'ye eşittir. 10 27 erg x sn (+0,00018 olası ölçüm hatası). İlk kez M. Planck (M. Planck, 1900) tarafından ... ... Matematik Ansiklopedisi

Kuantum eylemi, ana unsurlardan biri Fizik sabitleri, mikro dünyadaki kalıpların özgüllüğünü yansıtır ve kuantum mekaniğinde temel bir rol oynar. P. s. h (6,626 0755 ± 0,000 0040)*10 34 J*s. Değer L = d/2i = (1,054 572 66 ± ... Büyük Ansiklopedik Politeknik Sözlüğü

Planck sabiti (hareketin kuantumu)- Mikro dünyada belirleyici bir rol oynayan, mikro nesnelerin ve sistemlerinin ayrı özelliklerinin varlığında ortaya çıkan, yarı tam sayılar hariç tamsayı kuantum sayılarıyla ifade edilen temel dünya sabitlerinden (sabitler) biri... ... Modern doğa biliminin başlangıcı

Kitaplar

• Evren ve “karanlık enerji” olmayan fizik (keşifler, fikirler, hipotezler). 2 cilt halinde. Cilt 1, O.G. Smirnov. Kitaplar, G. Galileo, I. Newton, A. Einstein'dan günümüze onlarca ve yüzlerce yıldır bilimde var olan fizik ve astronomi problemlerine ayrılmıştır. Maddenin en küçük parçacıkları ve gezegenler, yıldızlar ve...

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

Değer sıklıkla kullanılır 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 ,

indirgenmiş (bazen rasyonelleştirilmiş veya azaltılmış) Planck sabiti veya Dirac sabiti olarak adlandırılır. Bu gösterimin kullanılması, kuantum mekaniğinin birçok formülünü basitleştirir, çünkü bu formüller, sabite bölünen geleneksel Planck sabitini içerir. 2 π (\displaystyle (2\pi )).

16 Kasım 2018'de 26. Ağırlıklar ve Ölçüler Genel Konferansı toplantısında, Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler Komitesi tarafından 2018 yılında önerilen temel SI birimlerinin tanımlarında yapılan değişiklikler kabul edildi. Yeni SI tanımları 20 Mayıs 2019'da yürürlüğe girdi. XXVI CGPM Kararına göre Planck sabiti ℎ tam olarak 6,626 070 15⋅10 −34 kg m 2 s −1'e eşittir.

Fiziksel anlam

Kuantum mekaniğinde momentum, bir dalga vektörünün fiziksel anlamını taşır [ ], dalganın enerji - frekansları ve hareket - aşamaları, ancak geleneksel olarak (tarihsel olarak) mekanik nicelikler, karşılık gelen dalga birimlerinden (m −1, s −) başka birimlerle (kg m/s, J, J s) ölçülür. 1, boyutsuz faz birimleri). Planck sabiti, bu iki birim sistemini (kuantum ve geleneksel) birbirine bağlayan bir dönüşüm faktörü (her zaman aynı) rolünü oynar:

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

Eğer fiziksel birimler sistemi kuantum mekaniğinin ortaya çıkışından sonra oluşturulmuş olsaydı ve temel teorik formülleri basitleştirecek şekilde uyarlanmış olsaydı, Planck sabiti muhtemelen basitçe bire veya her halükarda daha yuvarlak bir sayıya eşitlenirdi. Teorik fizikte birimler sistemi ℏ = 1 (\displaystyle \hbar =1), içinde

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) .

Planck sabiti ayrıca klasik ve kuantum fiziğinin uygulanabilirlik alanlarını sınırlamada basit bir değerlendirme rolüne sahiptir: söz konusu sistemin eyleminin büyüklüğü veya açısal momentum karakteristiği veya karakteristik bir dürtü ile karakteristik bir boyutun çarpımı ile karşılaştırıldığında, veya karakteristik bir zamana göre karakteristik bir enerji, klasik mekaniğin bu fiziksel sisteme ne kadar uygulanabilir olduğunu gösterir. Yani eğer (\displaystyle (\hbar =1).)- sistemin eylemi ve S (\displaystyle S) açısal momentumu ise M (\displaystyle M) veya S ℏ ≫ 1 (\displaystyle (\frac (S)(\hbar))\gg 1) M ℏ ≫ 1 (\displaystyle (\frac (M)(\hbar))\gg 1)

Keşif tarihi

Planck'ın termal radyasyon formülü

Planck formülü, denge radyasyon yoğunluğu için Max Planck tarafından elde edilen, siyah cisim radyasyonunun spektral güç yoğunluğunun bir ifadesidir. Sistemin davranışı klasik mekanik tarafından iyi bir doğrulukla tanımlanır. Bu tahminler Heisenberg belirsizlik ilişkileriyle oldukça doğrudan ilişkilidir.. Planck'ın formülü, Rayleigh-Jeans formülünün radyasyonu yalnızca uzun dalga bölgesinde tatmin edici bir şekilde tanımladığı netleştikten sonra elde edildi. 1900 yılında Planck, deneysel verilerle iyi uyum sağlayan sabiti (daha sonra Planck sabiti olarak anılacaktır) içeren bir formül önerdi. Aynı zamanda Planck, bu formülün yalnızca başarılı bir matematik hilesi olduğuna, ancak fiziksel bir anlamı olmadığına inanıyordu. Yani Planck, elektromanyetik radyasyonun, büyüklüğü radyasyonun döngüsel frekansı ile aşağıdaki ifadeyle ilişkili olan bireysel enerji bölümleri (kuantum) biçiminde yayıldığını varsaymamıştır:

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

Orantılılık faktörü ħ ε = ℏ ω . (\displaystyle \varepsilon =\hbar \omega .) , ħ daha sonra adlandırıldı.

Fotoğraf efekti

Fotoelektrik etki, ışığın (ve genel olarak konuşursak herhangi bir elektromanyetik radyasyonun) etkisi altındaki bir madde tarafından elektronların yayılmasıdır. Yoğunlaştırılmış maddelerde (katı ve sıvı), dış ve iç fotoelektrik etki vardır.

Planck sabiti ≈ 1,054⋅10 −34 Js Fotoelektrik etki, 1905'te Albert Einstein (İsveçli fizikçi Oseen'in aday gösterilmesi sayesinde 1921'de Nobel Ödülü'nü aldı) tarafından Planck'ın ışığın kuantum doğası hakkındaki hipotezine dayanarak açıklandı. Einstein'ın çalışması önemli bir yeni hipotez içeriyordu - eğer Planck bu ışığı önerdiyse yayılır yalnızca nicelenmiş kısımlarda, o zaman Einstein zaten ışığın ve

var

Nerede yalnızca nicelenmiş bölümler biçiminde. Enerjinin korunumu yasasına göre, ışığı parçacıklar (fotonlar) biçiminde temsil ederken, Einstein'ın fotoelektrik etki formülü şöyledir:ℏ ω = A o sen t + m v 2 2 , (\displaystyle \hbar \omega =A_(dışarı)+(\frac (mv^(2))(2)) A o u t (\ displaystyle A_ (çıkış))- sözde iş fonksiyonu (bir maddeden bir elektronu çıkarmak için gereken minimum enerji), m v 2 2 (\ displaystyle (\ frac (mv ^ (2)) (2))- yayılan elektronun kinetik enerjisi, ω (\displaystyle \omega) - gelen fotonun enerjili frekansı- Planck sabiti. Bu formülden, fotoelektrik etkinin kırmızı sınırının varlığı, yani foton enerjisinin artık vücuttan bir elektronu "atmak" için yeterli olmadığı en düşük frekansın varlığı sonucu çıkar. Formülün özü, bir fotonun enerjisinin bir maddenin atomunu iyonize etmek için, yani bir elektronu "yırtmak" için gerekli iş için harcanması ve geri kalanının elektronun kinetik enerjisine dönüştürülmesidir.

Compton etkisi

Ölçüm yöntemleri

Fotoelektrik etki yasalarının kullanılması

Planck sabitini ölçmeye yönelik bu yöntem, Einstein'ın fotoelektrik etki yasasını kullanır:

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

Nerede K m a x (\displaystyle K_(max))- katottan yayılan fotoelektronların maksimum kinetik enerjisi,

ν (\displaystyle \nu )- Gelen ışığın frekansı, bir (\displaystyle A)- sözde Elektron iş fonksiyonu.

Ölçüm bu şekilde gerçekleştirilir. İlk olarak fotoselin katodu belirli bir frekansta monokromatik ışıkla ışınlanır. ν 1 (\displaystyle \nu _(1)), fotosele blokaj voltajı uygulanarak fotoselden geçen akımın durması sağlanır. Bu durumda doğrudan Einstein kanunundan çıkan aşağıdaki ilişki ortaya çıkar:

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

Nerede e (\displaystyle e) -

Planck sabiti, Newton'un mekanik yasalarının geçerli olduğu makro dünya ile kuantum mekaniği yasalarının geçerli olduğu mikro dünya arasındaki sınırı tanımlar.

Kuantum mekaniğinin kurucularından biri olan Max Planck, yakın zamanda keşfedilen elektromanyetik dalgalar arasındaki etkileşim sürecini teorik olarak açıklamaya çalışırken enerji kuantizasyonu fikrine ulaştı ( santimetre. Maxwell denklemleri) ve atomları kullanarak kara cisim ışınımı problemini çözerler. Atomların gözlemlenen emisyon spektrumunu açıklamak için, atomların enerjiyi porsiyonlar halinde yaydığını ve emdiğini (bilim adamının buna dediği gibi) kabul etmenin gerekli olduğunu fark etti. kuantum) ve yalnızca belirli dalga frekanslarında. Bir kuantum tarafından aktarılan enerji şuna eşittir:

Nerede v radyasyon frekansıdır ve H — temel eylem kuantumu, kısa süre sonra adını alan yeni bir evrensel sabiti temsil ediyor Planck sabiti. Planck, deneysel verilere dayanarak değerini hesaplayan ilk kişiydi. saat = 6,548 × 10 -34 Js (SI sisteminde); modern verilere göre saat = 6,626 × 10 -34 J s. Buna göre herhangi bir atom, atomdaki elektronların yörüngelerine bağlı olarak geniş bir yelpazede birbirine bağlı ayrık frekanslar yayabilir. Niels Bohr çok geçmeden Bohr atomunun Planck dağılımıyla tutarlı, basitleştirilmiş de olsa tutarlı bir modelini yaratacaktı.

Sonuçlarını 1900'ün sonunda yayınlayan Planck'ın kendisi de -ki bu, yayınlarından açıkça anlaşılmaktadır- ilk başta kuantanın fiziksel bir gerçeklik olduğuna ve uygun bir matematiksel model olmadığına inanmıyordu. Ancak beş yıl sonra Albert Einstein, fotoelektrik etkiyi temel alarak açıklayan bir makale yayınladığında enerji kuantizasyonu Planck'ın formülü bilimsel çevrelerde artık teorik bir oyun olarak değil, enerjinin kuantum doğasını kanıtlayan atom altı düzeydeki gerçek bir fiziksel olgunun açıklaması olarak algılanıyordu.

Planck sabiti kuantum mekaniğinin tüm denklemlerinde ve formüllerinde görülür. Özellikle Heisenberg belirsizlik ilkesinin yürürlüğe gireceği ölçeği belirler. Kabaca söylemek gerekirse Planck sabiti bize, ötesinde kuantum etkilerinin göz ardı edilemeyeceği uzaysal niceliklerin alt sınırını gösterir. Örneğin kum taneleri için doğrusal boyutlarının ve hızlarının çarpımındaki belirsizlik o kadar önemsizdir ki ihmal edilebilir. Yani Planck sabiti, Newton'un mekanik yasalarının geçerli olduğu makrokozmos ile kuantum mekaniği yasalarının geçerli olduğu mikrokozmos arasındaki sınırı çiziyor. Yalnızca tek bir fiziksel olgunun teorik açıklaması için elde edilen Planck sabiti, çok geçmeden evrenin doğası tarafından belirlenen teorik fiziğin temel sabitlerinden biri haline geldi.

Ayrıca bakınız:

Max Karl Ernst Ludwig Kalas, 1858-1947

Alman fizikçi. Kiel'de bir hukuk profesörünün ailesinde doğdu. Virtüöz bir piyanist olan Planck, gençliğinde bilim ve müzik arasında zor bir seçim yapmak zorunda kaldı (Birinci Dünya Savaşı'ndan önce, boş zamanlarında piyanist Max Planck'ın kemancı Albert Einstein ile çok profesyonel bir klasik düet oluşturduğunu söylüyorlar). - Not çevirmen Planck, 1889'da Münih Üniversitesi'nde termodinamiğin ikinci yasası üzerine doktora tezini savundu ve aynı yıl öğretmen oldu ve 1892'den itibaren Berlin Üniversitesi'nde profesör oldu ve 1928'de emekli olana kadar burada çalıştı. . Planck haklı olarak kuantum mekaniğinin babalarından biri olarak kabul ediliyor. Bugün, Alman araştırma enstitülerinden oluşan bir ağ onun adını taşıyor.

Çalışmanın amacı: Planck sabitinin emisyon ve absorpsiyon spektrumları kullanılarak deneysel olarak belirlenmesi.

Cihazlar ve aksesuarlar: spektroskop, akkor lamba, cıva lambası, krom tepeli küvet.

1. Teorik giriş

Atom, bir kimyasal elementin temel özelliklerini belirleyen en küçük parçacığıdır. Atomun gezegen modeli, E. Rutherford'un deneyleriyle doğrulandı. Atomun merkezinde pozitif yüklü bir çekirdek bulunur Z∙e (Z– çekirdekteki protonların sayısı, yani Mendeleev'in periyodik sistemindeki kimyasal elementin seri numarası; e– bir protonun yükü bir elektronun yüküne eşittir). Elektronlar çekirdeğin elektrik alanında çekirdeğin etrafında hareket ederler.

Böyle bir atom sisteminin kararlılığı Bohr'un önermeleriyle doğrulanır.

Bohr'un ilk varsayımı(sabit durum varsayımı): bir atomun kararlı bir durumunda, elektronlar elektromanyetik enerji yaymadan belirli sabit yörüngelerde hareket eder; sabit elektron yörüngeleri niceleme kuralıyla belirlenir:

. (2)

Bir çekirdeğin etrafındaki yörüngede hareket eden bir elektrona Coulomb kuvveti etki eder:

. (3)

Bir hidrojen atomu için Z=1. Daha sonra

. (4)

Denklem (2) ve (4)'ü birlikte çözerek şunları belirleyebiliriz:

a) yörünge yarıçapı

; (5)

b) elektron hızı

; (6)

c) elektron enerjisi

. (7)

Enerji seviyesi– belirli bir durağan durumdaki bir atomun elektronunun sahip olduğu enerji.

Hidrojen atomunun bir elektronu vardır. Atomun durumu N=1 temel durum olarak adlandırılır. Temel durum enerjisi

Temel durumda bir atom yalnızca enerjiyi emebilir.

Kuantum geçişleri sırasında atomlar (moleküller) bir durağan durumdan diğerine, yani bir enerji seviyesinden diğerine atlarlar. Atomların (moleküllerin) durumundaki değişiklik, elektronların bir sabit yörüngeden diğerine enerji geçişleriyle ilişkilidir. Bu durumda çeşitli frekanslardaki elektromanyetik dalgalar yayılır veya emilir.

Bohr'un ikinci varsayımı(frekans kuralı): Bir elektron sabit bir yörüngeden diğerine hareket ettiğinde enerjili bir foton yayılır veya emilir

, (8)

karşılık gelen durağan durumların enerji farkına eşittir ( Ve - sırasıyla, radyasyon veya absorpsiyondan önce ve sonra atomun durağan durumlarının enerjisi).

Enerji ayrı kısımlarda (kuantumlar (fotonlar) yayılır veya emilir) ve her kuantumun (fotonun) enerjisi frekansla ilişkilidir. ν yayılan dalga oranı

, (9)

Nerede H– Planck sabiti. Planck sabiti– atom fiziğinin en önemli sabitlerinden biri; sayısal olarak 1 Hz radyasyon frekansındaki bir radyasyon kuantumunun enerjisine eşittir.

Bunu dikkate alarak denklem (8) şu şekilde yazılabilir:

. (10)

Belirli bir atomun (molekülün) yaydığı ve emdiği tüm frekanslardaki elektromanyetik dalgaların toplamı Belirli bir maddenin emisyon veya absorpsiyon spektrumu. Her maddenin atomunun kendine ait bir iç yapısı olduğundan, her atomun kendine özgü bireysel bir spektrumu vardır. Bu, 1859'da Kirchhoff ve Bunsen tarafından keşfedilen spektral analizin temelidir.

Emisyon spektrumlarının özellikleri

Maddelerden gelen radyasyonun spektral bileşimi çok çeşitlidir. Ancak buna rağmen tüm spektrumlar üç türe ayrılabilir.

Sürekli spektrumlar. Sürekli spektrum tüm dalgaların uzunluklarını temsil eder. Böyle bir spektrumda herhangi bir kırılma yoktur; birbirine dönüşen farklı renkteki bölümlerden oluşur.

Sürekli (veya katı) spektrumlar, katı veya sıvı haldeki cisimler (akkor lamba, erimiş çelik vb.) ve ayrıca yüksek oranda sıkıştırılmış gazlar tarafından üretilir. Sürekli bir spektrum elde etmek için vücudun yüksek bir sıcaklığa ısıtılması gerekir.

Yüksek sıcaklıktaki plazma ile sürekli bir spektrum da üretilir. Elektromanyetik dalgalar, esas olarak elektronlar iyonlarla çarpıştığında plazma tarafından yayılır.

Çizgi spektrumları.Çizgi emisyon spektrumları, karanlık boşluklarla ayrılmış ayrı spektral çizgilerden oluşur.

Çizgi spektrumları tüm maddeleri gaz halinde atomik halde verir. Bu durumda ışık, pratik olarak birbirleriyle etkileşime girmeyen atomlar tarafından yayılır. Çizgi spektrumunun varlığı, bir maddenin yalnızca belirli dalga boylarında (daha doğrusu, belirli çok dar spektral aralıklarda) ışık yaydığı anlamına gelir.

Çizgili spektrumlar. Bantlı emisyon spektrumları, bantlar halinde birleşecek kadar yakın aralıklarla yerleştirilmiş ayrı çizgi gruplarından oluşur. Böylece çizgili spektrum, karanlık boşluklarla ayrılmış ayrı bantlardan oluşur.

Çizgi spektrumlarından farklı olarak çizgili spektrumlar atomlar tarafından değil, birbirine bağlanmayan veya zayıf şekilde bağlanan moleküller tarafından oluşturulur.

Atomik ve moleküler spektrumları gözlemlemek için, alev içindeki bir maddenin buharının parıltısı veya incelenen gazla dolu bir tüpteki gaz deşarjının parıltısı kullanılır.

Absorbsiyon spektrumlarının özellikleri.

Sürekli bir emisyon spektrumu veren bir kaynaktan gelen radyasyon yoluna, farklı dalga boylarındaki belirli ışınları soğuran bir madde yerleştirilirse absorpsiyon spektrumu gözlemlenebilir.

Bu durumda, sürekli spektrumun absorpsiyona karşılık gelen yerlerinde spektroskopun görüş alanında koyu çizgiler veya şeritler görünecektir. Emilimin doğası, emici maddenin doğası ve yapısı tarafından belirlenir. Gaz, yüksek derecede ısıtıldığında yaydığı dalga boylarında ışığı emer. Şekil 1 hidrojenin emisyon ve absorpsiyon spektrumlarını göstermektedir.

Emisyon spektrumları gibi soğurma spektrumları da sürekli, çizgi ve çizgili olarak bölünmüştür.

Sürekli spektrumlar yoğunlaşmış haldeki bir madde tarafından emildiğinde emilim gözlenir.

Çizgi spektrumları sürekli bir radyasyon spektrumunun kaynağı ile spektroskop arasına gaz halindeki emici bir madde (atomik gaz) yerleştirildiğinde absorpsiyonlar gözlemlenir.

Çizgili– moleküllerden (çözeltiler) oluşan maddeler tarafından emildiğinde.