konstantna traka, čemu je jednaka konstantna traka
Planckova konstanta(kvant djelovanja) glavna je konstanta kvantne teorije, koeficijent koji povezuje vrijednost energije kvanta elektromagnetskog zračenja s njegovom frekvencijom, kao i općenito vrijednost kvanta energije bilo kojeg linearnog oscilatornog fizikalnog sustava s njegovom frekvencijom. . Povezuje energiju i impuls s frekvencijom i prostornom frekvencijom, akcije s fazom. Je kvant kutne količine gibanja. Prvi ga je spomenuo Planck u svom radu o toplinskom zračenju, pa je po njemu i nazvan. Uobičajena oznaka je latinska. J s erg s. eV c.

Vrijednost koja se često koristi je:

J s, erg s, eV s,

nazvana reducirana (ponekad racionalizirana ili smanjena) Planckova konstanta ili Diracova konstanta. Korištenje ove oznake pojednostavljuje mnoge formule kvantne mehanike, jer te formule uključuju tradicionalnu Planckovu konstantu u obliku podijeljenom s konstantom.

Na 24. Općoj konferenciji za utege i mjere od 17. do 21. listopada 2011. jednoglasno je usvojena rezolucija u kojoj je, posebice, predloženo da se u budućoj reviziji Međunarodnog sustava jedinica (SI) jedinice SI od mjerenje treba redefinirati tako da Planckova konstanta bude jednaka točno 6,62606X 10−34 J s, gdje X zamjenjuje jedan ili više značajne figure, što će se dodatno utvrditi na temelju najtočnijih CODATA preporuka. Istom rezolucijom predloženo je da se na isti način odrede Avogadrova konstanta, elementarni naboj i Boltzmannova konstanta kao točne vrijednosti.

• 1 Fizičko značenje
• 2 Povijest otkrića
  • 2.1 Planckova formula za toplinsko zračenje
  • 2.2 Fotoelektrični efekt
  • 2.3 Comptonov učinak
• 3 Metode mjerenja
  • 3.1 Korištenje zakona fotoelektričnog efekta
  • 3.2. Analiza spektra kočnog zračenja X-zraka
• 4 Bilješke
• 5 Književnost
• 6 Veze

Fizičko značenje

U kvantna mehanika impuls ima fizičko značenje valni vektor, energija - frekvencija i djelovanje - faza vala, međutim, tradicionalno (povijesno) se mehaničke veličine mjere u drugim jedinicama (kg m/s, J, J s) od odgovarajućih valnih (m−1, s −1, fazne jedinice bez dimenzija). Planckova konstanta ima ulogu faktora pretvorbe (uvijek istog) povezujući ova dva sustava jedinica - kvantni i tradicionalni:

(impuls) (energija) (akcija)

Ako sustav fizičke jedinice je nastala nakon pojave kvantne mehanike i bila je prilagođena da pojednostavi osnovne teorijske formule, Planckova konstanta vjerojatno bi jednostavno bila napravljena jednako jedan, ili barem okrugli broj. U teorijskoj fizici sustav jedinica c vrlo se često koristi za pojednostavljenje formula, u njemu

.

Planckova konstanta također ima jednostavnu evaluativnu ulogu u razgraničenju područja primjenjivosti klasične i kvantne fizike: u usporedbi s veličinom akcije ili kutnog momenta karakterističnog za sustav koji se razmatra, ili umnoškom karakterističnog impulsa s karakterističnom veličinom, u odnosu na veličinu akcijskog ili kutnog momenta karakterističnog za sustav koji se razmatra, umnožavanje karakterističnog impulsa karakteristično za veličinu. ili karakterističnu energiju za karakteristično vrijeme, pokazuje koliko je klasična mehanika primjenjiva na ovaj fizički sustav. Naime, ako je djelovanje sustava, a njegov kutni moment, tada je at ili ponašanje sustava s dobrom točnošću opisano klasičnom mehanikom. Ove su procjene sasvim izravno povezane s Heisenbergovim odnosima nesigurnosti.

Povijest otkrića

Planckova formula za toplinsko zračenje

Glavni članak: Planckova formula

Planckova formula je izraz za spektralnu gustoću snage zračenja crnog tijela, koju je Max Planck dobio za ravnotežnu gustoću zračenja. Planckova formula je dobivena nakon što je postalo jasno da Rayleigh-Jeansova formula na zadovoljavajući način opisuje zračenje samo u dugovalnom području. Godine 1900. Planck je predložio formulu s konstantom (kasnije nazvanu Planckova konstanta), koja se dobro slagala s eksperimentalnim podacima. Pritom je Planck vjerovao da ovu formulu samo je pametan matematički trik, ali nema fizičko značenje. To jest, Planck nije pretpostavio da se elektromagnetsko zračenje emitira u obliku pojedinačnih dijelova energije (kvanta), čija je veličina povezana s frekvencijom zračenja izrazom:

Kasnije je nazvan koeficijent proporcionalnosti Planckova konstanta, = 1,054·10−34 J·s.

Foto efekt

Glavni članak: Foto efekt

Fotoelektrični efekt je emisija elektrona tvari pod utjecajem svjetlosti (i, općenito govoreći, svakog elektromagnetskog zračenja). kondenzirane tvari (krute i tekuće) proizvode vanjske i unutarnje fotoelektrične efekte.

Fotoelektrični efekt objasnio je 1905. godine Albert Einstein (za što je 1921. godine dobio Nobelovu nagradu zahvaljujući nominaciji švedskog fizičara Oseena) na temelju Planckove hipoteze o kvantnoj prirodi svjetlosti. Einsteinov rad sadržavao je važnu novu hipotezu - ako je Planck sugerirao da se svjetlost emitira samo u kvantiziranim dijelovima, tada je Einstein već vjerovao da svjetlost postoji samo u obliku kvantiziranih dijelova. Iz zakona održanja energije, kada svjetlost predstavljamo u obliku čestica (fotona), slijedi Einsteinova formula za fotoelektrični efekt:

gdje - tzv rad rada (minimalna energija potrebna za uklanjanje elektrona iz tvari), - kinetička energija emitiranog elektrona, - frekvencija upadnog fotona s energijom, - Planckova konstanta. Ova formula implicira postojanje crvene granice fotoelektričnog efekta, odnosno postojanje najniže frekvencije ispod koje energija fotona više nije dovoljna da “izbije” elektron iz tijela. Suština formule je da se energija fotona troši na ioniziranje atoma tvari, odnosno na rad potreban da se elektron “otkine”, a ostatak se pretvara u kinetičku energiju elektrona.

Compton efekt

Glavni članak: Compton efekt

Metode mjerenja

Korištenje zakona fotoelektričnog efekta

Ova metoda mjerenja Planckove konstante koristi Einsteinov zakon za fotoelektrični učinak:

gdje je maksimalna kinetička energija fotoelektrona emitiranih s katode,

Frekvencija upadne svjetlosti, - tzv. rad rada elektrona.

Mjerenje se provodi ovako. Najprije se katoda fotoćelije obasja monokromatskim svjetlom na frekvenciji, dok se na fotoćeliju dovodi blokirajući napon tako da struja kroz fotoćeliju prestane. U ovom slučaju dolazi do sljedećeg odnosa koji izravno proizlazi iz Einsteinovog zakona:

Gdje - naboj elektrona.

Tada se ista fotoćelija obasjava monokromatskim svjetlom s frekvencijom i na sličan način zaključava pomoću napona

Oduzimajući drugi izraz član po član od prvog, dobivamo

odakle slijedi

Analiza spektra kočnog zračenja X-zraka

Ova se metoda smatra najtočnijom od postojećih. Iskorištava činjenicu da frekvencijski spektar kočnog zračenja X-zraka ima preciznu gornju granicu, koja se naziva ljubičasta granica. Njegovo postojanje proizlazi iz kvantnih svojstava elektromagnetskog zračenja i zakona održanja energije. Stvarno,

gdje je brzina svjetlosti,

Valna duljina rendgenskog zračenja, - naboj elektrona, - ubrzavajući napon između elektroda rendgenske cijevi.

Tada je Planckova konstanta

Bilješke

1. 1 2 3 4 Osnovne fizikalne konstante - Potpuni popis
2. O mogućoj budućoj reviziji Međunarodnog sustava jedinica, SI. Rezolucija 1 24. sastanka CGPM-a (2011.).
3. Dogovor o povezivanju kilograma i prijatelja s osnovama - fizika-matematika - 25. listopada 2011. - New Scientist

Književnost

• John D. Barrow. Konstante prirode; Od alfe do omege - brojevi koji kodiraju najdublje tajne svemira. - Pantheon Books, 2002. - ISBN 0-37-542221-8.
• Steiner R. Povijest i napredak točnih mjerenja Planckove konstante // Reports on Progress in Physics. - 2013. - Vol. 76. - Str. 016101.

Linkovi

• Yu. K. Zemtsov, Tečaj predavanja iz atomske fizike, dimenzionalna analiza
• Povijest usavršavanja Planckove konstante
• NIST Referenca o konstantama, jedinicama i nesigurnosti

konstantna traka, čemu je jednaka konstantna traka

Planck's Constant Informacije o

Sokolnikov Mihail Leonidovič,

Ahmetov Aleksej Lirunovič

Sverdlovsk regionalni nedržavni fond

promicanje razvoja znanosti, kulture i umjetnosti Pokrovitelj umjetnosti

Rusija, Ekateriburg

Email: [e-mail zaštićen]

Sažetak: Prikazana je povezanost Planckove konstante s Wienovim i trećim Keplerovim zakonom. Dobivena je točna vrijednost Planckove konstante za tekuće ili čvrsto stanje tvari, jednaka

h = 4*10 -34 J*sek.

Izvedena je formula koja kombinira četiri fizičke konstante - brzinu svjetlosti - c, Wienovu konstantu - b, Planckovu konstantu - h i Boltzmannovu konstantu - k.

Ključne riječi: Planckova konstanta, Wienova konstanta, Boltzmanova konstanta, Keplerov treći zakon, kvantna mehanika

Zaklada "Mecenat"
Sokolnikov M.L., Akhmetov A.L.

Jekaterinburg, Ruska Federacija

Email: [e-mail zaštićen]
Sažetak: Povezanost Planckove konstante s Wienovim zakonom pomaka i Keplerovim trećim zakonom. Točna vrijednost Planckove konstante za tekuće ili čvrsto stanje agregacije tvari jednaka je

h = 4*10 -34 J*s.
Formula koja kombinira četiri fizičke konstante - brzinu svjetlosti - c,

Wienova konstanta pomaka - in, Planckova konstanta - h i Boltzmannova konstanta - k

Ključne riječi: Planckova konstanta, Wienova konstanta pomaka, Boltzmanova konstanta, Keplerov treći zakon, kvantna mehanika

Ovu fizikalnu konstantu prvi je iznio njemački fizičar Max Planck 1899. godine. U ovom ćemo članku pokušati odgovoriti na tri pitanja:

1. Koje je fizičko značenje Planckove konstante?

2. Kako se može izračunati iz stvarnih eksperimentalnih podataka?

3. Je li tvrdnja da se energija može prenositi samo u određenim dijelovima – kvantima – povezana s Planckovom konstantom?

Uvod

Čitajući suvremenu znanstvenu literaturu, nehotice obraćate pozornost na to koliko autori ovu temu prikazuju složeno i ponekad nejasno. Stoga ću u svom članku pokušati objasniti situaciju na jednostavnom ruskom jeziku, ne prelazeći razinu školskih formula. Ova priča počela je u drugoj polovici 19. stoljeća, kada su znanstvenici počeli detaljno proučavati procese toplinskog zračenja tijela. Kako bi se povećala točnost mjerenja u ovim eksperimentima, korištene su posebne kamere, koje su omogućile približavanje koeficijenta apsorpcije energije jedinici. Dizajn ovih kamera detaljno je opisan u raznim izvorima i neću se zadržavati na tome, samo ću napomenuti da se mogu izraditi od gotovo bilo kojeg materijala. Pokazalo se da je toplinsko zračenje zračenje elektromagnetskih valova u infracrvenom području, tj. na frekvencijama malo ispod vidljivog spektra. Tijekom pokusa utvrđeno je da se pri bilo kojoj specifičnoj tjelesnoj temperaturi uočava vrhunac maksimalnog intenziteta ovog zračenja u spektru IR zračenja ovog tijela. S porastom temperature taj se vrh pomiče prema kraćim valovima, tj. u područje viših frekvencija IR zračenja. Grafikoni ovog uzorka također su dostupni u raznim izvorima i ja ih neću crtati. Već je drugi obrazac bio istinski iznenađujući. Pokazalo se da razne tvari na istoj temperaturi imaju vrh zračenja na istoj frekvenciji. Situacija je zahtijevala teoretsko objašnjenje. A onda Planck predlaže formulu koja povezuje energiju i frekvenciju zračenja:

gdje je E energija, f je frekvencija zračenja, a h je konstantno, koja je kasnije po njemu dobila ime. Planck je također izračunao vrijednost ove količine, koja je prema njegovim proračunima jednaka

h = 6,626*10 -34 J*sek.

Kvantitativno, ova formula ne opisuje sasvim točno stvarne eksperimentalne podatke, a dalje ćete vidjeti zašto, ali sa stajališta teorijskog objašnjenja situacije, ona u potpunosti odgovara stvarnosti, što ćete također kasnije vidjeti.

Pripremni dio

Zatim ćemo se prisjetiti nekoliko fizikalnih zakona koji će biti temelj našeg daljnjeg razmišljanja. Prva će biti formula za kinetičku energiju tijela koje izvodi rotacijsko kretanje po kružnoj ili eliptičnoj putanji. Ovako izgleda:

oni. umnožak mase tijela i kvadrata brzine kojom se tijelo giba po orbiti. Brzina V izračunava se pomoću jednostavne formule:

gdje je T period revolucije, a radijus rotacije se uzima kao R za kružno gibanje, a za eliptičnu putanju, velika poluos elipse putanje. Za jedan atom tvari postoji jedna za nas vrlo korisna formula koja povezuje temperaturu s energijom atoma:

Ovdje je t temperatura u stupnjevima Kelvina, a k je Boltzmannova konstanta, koja je jednaka 1,3807*10 -23 J/K. Ako uzmemo da je temperatura jedan stupanj, tada će, u skladu s ovom formulom, energija jednog atoma biti jednaka:

(2) E = 4140*10 -26 J

Štoviše, ta će energija biti ista i za atom olova i za atom aluminija ili bilo koji drugi atom kemijski element. Upravo je to značenje pojma “temperatura”. Iz formule (1), koja vrijedi za kruto i tekuće stanje tvari, jasno je da se jednakost energija za različite atome različitih masa pri temperaturi od 1 stupnja postiže samo promjenom vrijednosti kvadrata brzina, tj. brzina kojom se atom kreće u svojoj kružnoj ili eliptičnoj orbiti. Stoga, znajući energiju atoma na jednom stupnju i masu atoma izraženu u kilogramima, možemo lako izračunati linearna brzina danog atoma na bilo kojoj temperaturi. Objasnimo kako se to radi. konkretan primjer. Uzmimo bilo koji kemijski element iz periodnog sustava, na primjer, molibden. Zatim uzmite bilo koju temperaturu, na primjer, 1000 stupnjeva Kelvina. Znajući iz formule (2) vrijednost energije atoma na 1 stupnju, možemo saznati energiju atoma na temperaturi koju uzimamo, tj. pomnožite ovu vrijednost s 1000. Ispada:

(3) Energija atoma molibdena pri 1000K = 4,14*10 -20 J

Sada izračunajmo masu atoma molibdena, izraženu u kilogramima. To se radi pomoću periodnog sustava. U ćeliji svakog kemijskog elementa, blizu njega serijski broj, ukazao je na svoje molekulska masa. Za molibden je 95,94. Ostaje podijeliti ovaj broj s Avogadrovim brojem jednakim 6,022 * 10 23 i pomnožiti dobiveni rezultat s 10 -3, budući da je u periodnom sustavu molarna masa navedena u gramima. Ispada 15,93 * 10 -26 kg. Dalje od formule

mV 2 = 4,14*10 -20 J

izračunati brzinu i dobiti

V = 510m/sek.

Sada je vrijeme da prijeđemo na sljedeće pitanje pripremnog materijala. Prisjetimo se takvog koncepta kao što je kutni moment. Ovaj koncept je uveden za tijela koja se kreću po kružnici. Možete se poslužiti jednostavnim primjerom: uzmite kratku cijev, provucite kroz nju uže, privežite uteg mase m na uže i, držeći uže jednom rukom, drugom rukom vrtite teret iznad glave. Množenjem vrijednosti brzine gibanja tereta s njegovom masom i polumjerom rotacije dobivamo vrijednost kutne količine gibanja koja se obično označava slovom L. Tj.

Povlačenjem užeta kroz cijev smanjit ćemo radijus rotacije. Istodobno će se povećati brzina rotacije tereta i njegova kinetička energija će se povećati za količinu rada koji izvršite povlačenjem užeta radi smanjenja polumjera. Međutim, množenjem mase tereta s novim vrijednostima brzine i radijusa, dobivamo istu vrijednost koju smo dobili prije nego što smo smanjili radijus rotacije. Ovo je zakon održanja količine gibanja. Još u 17. stoljeću Kepler je u svom drugom zakonu dokazao da se ovaj zakon također poštuje za satelite koji se kreću oko planeta u eliptičnim orbitama. Kada se približava planetu, brzina satelita se povećava, a kada se udaljava od njega smanjuje. U ovom slučaju, mVR produkt ostaje nepromijenjen. Isto vrijedi i za planete koji se kreću oko Sunca. Usput se prisjetimo trećeg Keplerovog zakona. Možete se zapitati - zašto? Onda ćete u ovom članku vidjeti nešto o čemu ne piše ni u jednom znanstvenom izvoru - formulu trećeg Keplerovog zakona gibanja planeta u mikrokozmosu. A sada o suštini upravo ovog trećeg zakona. U službenom tumačenju zvuči prilično kitnjasto: „kvadrati razdoblja revolucije planeta oko Sunca proporcionalni su kockama njihovih velikih poluosi. eliptične orbite" Svaki planet ima dva osobna parametra - udaljenost od Sunca i vrijeme u kojem napravi jedan puni krug oko Sunca, tj. period cirkulacije. Dakle, ako je udaljenost kubirana, a zatim se dobiveni rezultat podijeli s periodom na kvadrat, dobit ćete neku vrstu vrijednosti, označimo je slovom C. A ako izvršite gornje matematičke operacije s parametrima bilo kojeg drugog planeta, dobit ćete istu veličinu – C. Nešto kasnije Newton je na temelju trećeg Keplerovog zakona izveo zakon Univerzalna gravitacija, a nakon još 100 godina Cavendish je izračunao pravo značenje gravitacijska konstanta - G. I tek nakon toga postalo je jasno pravo značenje upravo te konstante - C. Ispostavilo se da je to šifrirana vrijednost mase Sunca, izražena u jedinicama duljine kubirane, podijeljene s kvadratom vremena. Jednostavno rečeno, znajući udaljenost planeta od Sunca i njegovo razdoblje revolucije, možete izračunati masu Sunca. Preskačući jednostavne matematičke transformacije, obavijestit ću vas da je faktor pretvorbe jednak

Dakle, vrijedi formula čiji ćemo analog upoznati kasnije:

(4) 4π 2 R 3 /T 2 G = M sunce (kg)

Glavni dio

Sada možete prijeći na glavnu stvar. Pogledajmo dimenziju Planckove konstante. Iz referentnih knjiga vidimo da je vrijednost Planckove konstante

h = 6,626*10 -34 J*sek.

Za one koji su zaboravili fiziku, dopustite da vas podsjetim da je ova dimenzija ekvivalentna dimenziji

kg*metar 2 /sek.

Ovo je dimenzija kutnog momenta

Uzmimo sada formulu za atomsku energiju

i Planckova formula

Za jedan atom bilo koje tvari na danoj temperaturi, vrijednosti tih energija moraju se podudarati. Uzimajući u obzir da je frekvencija inverzna od perioda zračenja, tj.

i brzina

gdje je R radijus rotacije atoma, možemo napisati:

m4π 2 R 2 /T 2 = h/T.

Odavde vidimo da Planckova konstanta nije kutni moment u svom čistom obliku, već se od njega razlikuje za faktor 2π. Tako smo utvrdili njegovu pravu bit. Ostaje samo izračunati. Prije nego što sami počnemo računati, pogledajmo kako to drugi rade. Gledati u laboratorijski radovi Na ovoj temi, vidjet ćemo da se u većini slučajeva Planckova konstanta izračunava iz njihovih formula za fotoelektrični učinak. Ali zakoni fotoelektričnog efekta otkriveni su mnogo kasnije nego što je Planck izveo svoju konstantu. Stoga, potražimo neki drugi zakon. On je. Ovo je Wienov zakon, otkriven 1893. Suština ovog zakona je jednostavna. Kao što smo već rekli, na određenoj temperaturi zagrijano tijelo ima vrhunac intenziteta IC zračenja na određenoj frekvenciji. Dakle, ako vrijednost temperature pomnožite s vrijednošću vala IR zračenja koji odgovara ovom vrhu, dobit ćete određenu vrijednost. Ako uzmemo drugačiju tjelesnu temperaturu, tada će vrhunac zračenja odgovarati drugoj valnoj duljini. Ali ovdje, kada se te količine množe, dobit će se isti rezultat. Wien je izračunao ovu konstantu i izrazio svoj zakon kao formulu:

(5) λt = 2,898*10 -3 m*stupanj K

Ovdje je λ valna duljina IC zračenja u metrima, a t vrijednost temperature u stupnjevima Kelvina. Ovaj se zakon po svom značaju može izjednačiti s Keplerovim zakonima. Sada, gledanjem zagrijanog tijela kroz spektroskop i određivanjem valne duljine na kojoj se opaža vrh zračenja, možete koristiti formulu Wienovog zakona za daljinsko određivanje temperature tijela. Svi pirometri i termovizijske kamere rade na ovom principu. Iako nije tako jednostavno. Vrh emisije pokazuje da većina atoma u zagrijanom tijelu emitira upravo tu valnu duljinu, tj. imati točno ovu temperaturu. A zračenje desno i lijevo od vrha pokazuje da tijelo sadrži i "nedovoljno zagrijane" i "pregrijane" atome. U stvarnim uvjetima postoji čak nekoliko "grba" zračenja. Stoga moderni pirometri mjere intenzitet zračenja u nekoliko točaka spektra, a zatim se dobiveni rezultati integriraju, što omogućuje dobivanje najtočnijih rezultata. No, vratimo se našim pitanjima. Znajući, s jedne strane, da iz formule (1) temperatura odgovara kinetičkoj energiji atoma preko konstantnog koeficijenta 3k, a s druge strane, umnožak temperature i valne duljine u Wienovom zakonu također je konstanta, razlažući kvadrata brzine u formuli za kinetičku energiju atoma na faktore, možemo napisati:

m4π 2 R 2 λ/T 2 = konstanta.

U lijevoj polovici jednadžbe m je konstanta, što znači da je sve ostalo na lijevoj strani

4π 2 R 2 λ/T 2 – konstanta.

Sada usporedite ovaj izraz s formulom trećeg Keplerovog zakona (4). Ovdje, naravno, ne govorimo o gravitacijskom naboju Sunca, ali ovaj izraz kodira vrijednost određenog naboja, čija su bit i svojstva vrlo zanimljiva. Ali ova je tema vrijedna zasebnog članka, pa ćemo nastaviti s našim. Izračunajmo vrijednost Planckove konstante na primjeru atoma molibdena kojeg smo već uzeli kao primjer. Kao što smo već utvrdili, formula za Planckovu konstantu

Prethodno smo već izračunali masu atoma molibdena i brzinu njegovog kretanja duž svoje putanje. Sve što trebamo učiniti je izračunati radijus rotacije. Kako to učiniti? Tu će nam pomoći bečki zakon. Znajući vrijednost temperature molibdena = 1000 stupnjeva, lako možemo izračunati valnu duljinu λ koja će se dobiti pomoću formule (5)

λ = 2,898*10 -6 m.

Znajući da se infracrveni valovi šire u prostoru brzinom svjetlosti - c, koristimo jednostavnu formulu

Izračunajmo frekvenciju emisije atoma molibdena na temperaturi od 1000 stupnjeva. I ovo će razdoblje ispasti

T = 0,00966 *10 -12 sek.

Ali to je upravo frekvencija koju stvara atom molibdena dok se kreće duž svoje orbite rotacije. Prethodno smo već izračunali brzinu tog kretanja V = 510 m/s, a sada znamo i frekvenciju rotacije T. Ostaje nam samo jednostavna formula

izračunajte polumjer rotacije R. Ispada

R = 0,7845*10 -12 m.

A sada sve što trebamo učiniti je izračunati vrijednost Planckove konstante, tj. Množenje vrijednosti

atomska masa (15,93*10 -26 kg),

brzina (510m/s),

polumjer rotacije (0,7845*10 -12 m)

i dvostruku vrijednost pi. Dobivamo

4*10 -34 j*sek.

Stop! U bilo kojoj referentnoj knjizi pronaći ćete značenje

6,626*10 -34 j*sek!

Tko je u pravu? Koristeći navedenu metodu, sami možete izračunati vrijednost Planckove konstante za atome bilo kojeg kemijskog elementa na bilo kojoj temperaturi koja ne prelazi temperaturu isparavanja. U svim slučajevima dobivena vrijednost je točna

4*10 -34 j*sek,

6,626*10 -34 j*sek.

Ali. Najbolje je da na to pitanje odgovori sam Planck. Uđimo u njegovu formulu

Zamijenimo našu vrijednost za njegovu konstantu i izračunali smo frekvenciju zračenja na 1000 stupnjeva na temelju Wienovog zakona, koji je ponovno ispitan stotine puta i izdržao je sve eksperimentalne testove. S obzirom da je frekvencija recipročna vrijednost perioda, tj.

Izračunajmo energiju atoma molibdena na 1000 stupnjeva. Dobivamo

4*10 -34 /0,00966*10 -12 = 4,14*10 -20 J.

Usporedimo sada dobiveni rezultat s drugim rezultatom dobivenim neovisnom formulom, čija je pouzdanost nedvojbena (3). Ovi rezultati su dosljedni, što je najbolji dokaz. I odgovorit ćemo na posljednje pitanje - sadrži li Planckova formula nepobitni dokazičinjenica da se energija prenosi samo kvantima? Ponekad čitate takvo objašnjenje u ozbiljnim izvorima - vidite, na frekvenciji od 1 Hz imamo određenu energetsku vrijednost, a na frekvenciji od 2 Hz to će biti višekratnik Planckove konstante. Ovo je kvantum. Gospoda! Vrijednost frekvencije može biti 0,15 Hz, 2,25 Hz ili bilo koja druga. Frekvencija je inverzna funkcija valne duljine i za elektromagnetsko zračenje povezani su preko brzine svjetlosti funkcijom poput

Graf ove funkcije ne dopušta nikakvu kvantizaciju. A sada o kvantima općenito. U fizici postoje zakoni izraženi formulama koje sadrže nedjeljive cijele brojeve. Na primjer, elektrokemijski ekvivalent izračunava se pomoću formule masa atoma/k, gdje je k cijeli broj jednak valenciji kemijskog elementa. Cijeli brojevi su također prisutni kod paralelnog spajanja kondenzatora pri izračunavanju ukupnog kapaciteta sustava. Isto je i s energijom. Najjednostavniji primjer– prijelaz materije u plinovito stanje, gdje je kvant jasno prisutan u obliku broja 2. Zanimljiv je i Balmerov niz i neki drugi odnosi. Ali to nema nikakve veze s Planckovom formulom. Usput, istog je mišljenja bio i sam Planck.

Zaključak

Ako se otkriće Wienovog zakona po značaju može usporediti s Keplerovim zakonima, onda se Planckovo otkriće može usporediti s otkrićem Zakona univerzalne gravitacije. Pretvorio je bezličnu Wien konstantu u konstantu koja ima i dimenziju i fizičko značenje. Nakon što je dokazao da je u tekućem ili čvrstom stanju tvari kutni moment sačuvan za atome bilo kojeg elementa na bilo kojoj temperaturi, Planck je došao do velikog otkrića koje nam je omogućilo novi pogled na fizički svijet oko nas. U zaključku ću dati zanimljivu formulu izvedenu iz gore navedenog i kombinirajući četiri fizikalne konstante - brzinu svjetlosti - c, Wienovu konstantu - b, Planckovu konstantu - h i Boltzmannovu konstantu - k.

Spomen znak Maxu Plancku u čast njegovog otkrića Planckove konstante, na pročelju Sveučilišta Humboldt u Berlinu. Natpis glasi: "Max Planck, koji je izumio elementarni kvant akcije, predavao je u ovoj zgradi h, od 1889. do 1928." – elementarni kvant djelovanja, temeljna fizikalna veličina koja odražava kvantnu prirodu Svemira. Opća točka Zamah fizičkog sustava može se promijeniti samo u višekratnicima Planckove konstante. Kao naslik u kvantnoj mehanici fizikalne veličine izražavaju se kroz Planckovu konstantu.
Označava se Planckova konstanta latinično pismo h. Ima dimenziju energije puta vremena.
Češće se koristi sažetak Planckova konstanta

Osim što je pogodan za upotrebu u formulama kvantne mehanike, ima posebnu oznaku koja se ne može zamijeniti ni s čim.
U SI sustavu Planckova konstanta ima sljedeće značenje:
Za izračune u kvantna fizika Pogodnije je koristiti vrijednost sumarne Planckove konstante, izraženu u elektronvoltima.
Max Planck uveo je svoju konstantu kako bi objasnio spektar zračenja crnog tijela, sugerirajući da tijelo emitira Elektromagnetski valovi dijelove (kvante) s energijom proporcionalnom frekvenciji (h?). Godine 1905. Einstein je upotrijebio ovu pretpostavku da objasni fenomen fotoelektričnog efekta, pretpostavivši da se elektromagnetski valovi apsorbiraju u naletima energije proporcionalnim frekvenciji. Tako je rođena kvantna mehanika, u čijoj su valjanosti obojica laureati Nobelova nagrada sumnjao cijeli život.

KONSTANTNI BAR
h, jedna od univerzalnih numeričkih konstanti prirode, uključena u mnoge formule i fizikalne zakone koji opisuju ponašanje materije i energije na mikroskopskoj razini. Postojanje te konstante utvrdio je 1900. godine M. Planck, profesor fizike na Sveučilištu u Berlinu, u radu koji je postavio temelje kvantne teorije. Također je dao preliminarnu procjenu njegove veličine. Trenutno prihvaćena vrijednost Planckove konstante je (6,6260755 ± 0,00023)*10 -34 J*s. Planck je došao do ovog otkrića pokušavajući pronaći teorijsko objašnjenje spektar zračenja koje emitiraju zagrijana tijela. Takvo zračenje emitiraju sva tijela koja se sastoje od veliki broj atoma, na bilo kojoj temperaturi iznad apsolutne nule, ali postaje uočljiv tek na temperaturama blizu vrelišta vode 100 °C i iznad nje. Osim toga, pokriva cijeli spektar frekvencija od radiofrekvencije do infracrvenog, vidljivog i ultraljubičastog područja. U području vidljive svjetlosti zračenje postaje dovoljno svijetlo tek na približno 550° C. Ovisnost intenziteta zračenja po jedinici vremena o frekvenciji karakteriziraju spektralne distribucije prikazane na sl. 1 za nekoliko temperaturnih vrijednosti. Intenzitet zračenja na danoj frekvenciji je količina energije emitirana u uskom frekvencijskom pojasu u blizini dane frekvencije. Područje krivulje proporcionalno je ukupnoj emitiranoj energiji na svim frekvencijama. Kao što je lako vidjeti, ovo se područje brzo povećava s porastom temperature.

Planck je želio teorijski izvesti funkciju spektralne distribucije i pronaći objašnjenje za dva jednostavna eksperimentalno utvrđena obrasca: frekvencija koja odgovara najsjajnijem sjaju zagrijanog tijela proporcionalna je apsolutnoj temperaturi, a ukupna energija emitirana preko 1 jedinice površine površina apsolutno crnog tijela je četvrta potencija njegove apsolutne temperature . Prvi obrazac može se izraziti formulom

Gdje je nm frekvencija koja odgovara maksimalnom intenzitetu zračenja, T je apsolutna temperatura tijela, a a je konstanta koja ovisi o svojstvima objekta koji emitira. Drugi obrazac je izražen formulom

Gdje je E ukupna energija koju emitira jedinica površine u 1 s, s je konstanta koja karakterizira objekt koji emitira, a T je apsolutna temperatura tijela. Prva se formula naziva Wienov zakon pomaka, a druga Stefan-Boltzmannov zakon. Na temelju tih zakona Planck je nastojao izvesti točan izraz za spektralnu distribuciju emitirane energije na bilo kojoj temperaturi. Univerzalnost fenomena mogla bi se objasniti sa stajališta drugog zakona termodinamike, prema kojem toplinski procesi koji se spontano odvijaju u fizikalnom sustavu uvijek teku u smjeru uspostavljanja toplinske ravnoteže u sustavu. Zamislimo da su dva šuplja tijela A i B različite oblike, različitih veličina i različitih materijala s istom temperaturom jedan nasuprot drugome, kao što je prikazano na sl. 2. Ako pretpostavimo da više zračenja dolazi od A do B nego od B do A, tada bi tijelo B neizbježno postalo toplije na račun A i ravnoteža bi se spontano poremetila. Tu mogućnost isključuje drugi zakon termodinamike, pa stoga oba tijela moraju zračiti istu količinu energije, pa stoga vrijednost s u formuli (2) ne ovisi o veličini i materijalu površine emitiranja, s tim da je potonji neka vrsta šupljine. Kad bi šupljine bile odvojene zaslonom u boji koji bi filtrirao i reflektirao svo zračenje, osim zračenja s bilo kojom frekvencijom, tada bi sve rečeno ostalo istinito. To znači da je količina zračenja koju emitira svaka šupljina u svakom dijelu spektra ista, a funkcija spektralne distribucije za šupljinu ima karakter univerzalnog zakona prirode, a vrijednost a u formuli (1), kao vrijednost s, je univerzalna fizikalna konstanta.

Planck, koji je dobro poznavao termodinamiku, dao je prednost ovom konkretnom rješenju problema te je kroz pokušaje i pogreške pronašao termodinamičku formulu koja je omogućila izračunavanje funkcije spektralne distribucije. Dobivena formula bila je u skladu sa svim dostupnim eksperimentalnim podacima, a posebno s empirijskim formulama (1) i (2). Kako bi to objasnio, Planck se poslužio lukavim trikom koji sugerira drugi zakon termodinamike. S pravom smatrajući da je termodinamika materije bolje proučena od termodinamike zračenja, svoju je pozornost prvenstveno usmjerio na tvar stijenki šupljine, a ne na zračenje unutar nje. Budući da konstante uključene u Wienov i Stefan-Boltzmannov zakon ne ovise o prirodi tvari, Planck je imao pravo donositi bilo kakve pretpostavke u vezi s materijalom zidova. Odabrao je model u kojem su se zidovi sastojali od ogromnog broja sićušnih električno nabijenih oscilatora, svaki s različitom frekvencijom. Oscilatori mogu oscilirati pod utjecajem zračenja koje pada na njih, emitirajući energiju. Cijeli proces bi se mogao proučavati na temelju dobro poznatih zakona elektrodinamike, tj. funkcija spektralne distribucije mogla bi se pronaći izračunavanjem prosječne energije oscilatora s različitim frekvencijama. Preokrećući slijed razmišljanja, Planck, na temelju onoga što je pogodio ispravna funkcija spektralne raspodjele, pronašao je formulu za prosječnu energiju U oscilatora s frekvencijom n u šupljini u ravnoteži pri apsolutnoj temperaturi T:

Gdje je b vrijednost određena eksperimentalno, a k je konstanta (zvana Boltzmannova konstanta, iako ga je prvi uveo Planck), koji se pojavljuje u termodinamici i kinetička teorija plinovi Budući da ova konstanta obično dolazi s faktorom T, zgodno je uvesti novu konstantu h = bk. Tada je b = h/k i formula (3) se može prepisati kao

Nova konstanta h je Planckova konstanta; njegova vrijednost koju je izračunao Planck bila je 6,55×10-34 JHs, što je samo oko 1% drugačije od moderno značenje. Planckova teorija omogućila je izražavanje vrijednosti s u formuli (2) u smislu h, k i brzine svjetlosti c:

Ovaj izraz se slagao s eksperimentom do mjere točnosti s kojom su konstante bile poznate; Kasnije, preciznija mjerenja nisu otkrila odstupanja. Time je problem objašnjenja funkcije spektralne distribucije sveden na “jednostavan” problem. Trebalo je objasniti fizikalno značenje konstante h, odnosno umnoška hn. Planckovo otkriće je da se njegovo fizičko značenje može objasniti samo uvođenjem u mehaniku potpuno novog koncepta "kvantuma energije". Dana 14. prosinca 1900., na sastanku Njemačkog fizikalnog društva, Planck je u svom izvješću pokazao da se formula (4), a time i ostale formule, mogu objasniti ako pretpostavimo da oscilator s frekvencijom n izmjenjuje energiju s elektromagnetsko polje ne kontinuirano, već kao u koracima, dobivajući i gubeći svoju energiju u diskretnim dijelovima, kvantima, od kojih je svaki jednak hn.
vidi također
ELEKTROMAGNETSKA RADIJACIJA ;
TOPLINA ;
TERMODINAMIKA.
Posljedice Planckova otkrića prikazane su u člancima FOTOELEKTRIČNI EFEKT;
COMPTON EFEKAT;
ATOM ;
GRAĐA ATOMA;
KVANTNA MEHANIKA . Kvantna mehanika je opća teorija pojave na mikroskopskoj razini. Planckovo otkriće sada se pojavljuje kao važna posljedica posebne prirode koja proizlazi iz jednadžbi ove teorije. Konkretno, pokazalo se da vrijedi za sve procese izmjene energije koji se događaju tijekom oscilatorno kretanje, na primjer u akustici i elektromagnetske pojave. To objašnjava veliku prodornost rendgenskog zračenja čije su frekvencije 100-10 000 puta veće od frekvencija karakterističnih za vidljivu svjetlost i čiji kvanti imaju odgovarajuću veću energiju. Planckovo otkriće služi kao osnova za sve valna teorija materija koja se bavi valnim svojstvima elementarne čestice i njihove kombinacije. Iz Maxwellove teorije poznato je da snop svjetlosti s energijom E nosi impuls p jednak

Gdje je c brzina svjetlosti. Ako kvante svjetlosti promatramo kao čestice od kojih svaka ima energiju hn, onda je prirodno pretpostaviti da svaka od njih ima impuls p jednak hn/c. Temeljni odnos koji povezuje valnu duljinu l s frekvencijom n i brzinom svjetlosti c ima oblik

Dakle, izraz za zamah se može napisati kao h/l. Godine 1923., postdiplomski student L. de Broglie sugerirao je da ne samo svjetlost, već i sve oblike materije karakterizira dualizam val-čestica, izražen u odnosima

Između karakteristika vala i čestice. Ova hipoteza je potvrđena, čime je Planckova konstanta postala univerzalna fizikalna konstanta. Njezina se uloga pokazala puno značajnijom nego što se moglo očekivati ​​od samog početka.
KNJIŽEVNOST
Kvantno mjeriteljstvo i fundamentalne konstante. M., 1973 Schepf H.-G. Od Kirchhoffa do Plancka. M., 1981

Collierova enciklopedija. - Otvoreno društvo. 2000 .

Pogledajte što je "CONSTANT PLANK" u drugim rječnicima:

- (kvant djelovanja) glavna konstanta kvantne teorije (vidi Kvantna mehanika), nazvana po M. Plancku. Plank konstanta h ??6.626.10 34 J.s. Često se koristi količina. = h/2????1.0546.10 34 J.s, što se također naziva Planckova konstanta... Velik enciklopedijski rječnik

- (kvantum djelovanja, označen sa h), temeljni fizikalni. konstanta koja definira širok raspon fizičkih pojave za koje je bitna diskretnost veličina s dimenzijom djelovanja (v. KVANTNA MEHANIKA). Predstavljen na njemačkom jeziku. fizičar M. Planck 1900. godine u... ... Fizička enciklopedija

- (kvant djelovanja), glavna konstanta kvantne teorije (v. Kvantna mehanika). Nazvan po M. Plancku. Planckova konstanta h≈6,626·10 34 J·s. Često se koristi vrijednost h = h/2π≈1,0546·10 34 J·s, koja se naziva i Planckova konstanta. * * *…… enciklopedijski rječnik

Planckova konstanta (kvant djelovanja) glavna je konstanta kvantne teorije, koeficijent koji povezuje količinu energije elektromagnetskog zračenja s njegovom frekvencijom. Kvant djelovanja i kvant količine gibanja također imaju smisla. U znanstvenu upotrebu uveden M ... Wikipedia

Kvant djelovanja (vidi Akcija), temeljna fizikalna konstanta (vidi Fizičke konstante), definirajući širok raspon fizičke pojave, za koje je bitno diskretno djelovanje. Ovi se fenomeni proučavaju u kvantnoj mehanici (vidi... Velik Sovjetska enciklopedija

- (kvantum djelovanja), osn. konstanta kvantne teorije (vidi Kvantna mehanika). Nazvan po M. Plancku. P.p. h 6,626*10 34 J*s. Često se koristi vrijednost H = h/2PI 1,0546*10 34 J*s, koja se također naziva. p.p... Prirodna znanost. enciklopedijski rječnik

Fundamentalna fiz. konstanta, kvantum djelovanja, koji ima dimenziju produkta energije i vremena. Određuje tjelesne pojave mikrosvijeta, koje karakterizira diskretna fizikalna veličine s dimenzijom djelovanja (vidi Kvantna mehanika). U veličini... ... Kemijska enciklopedija

Jedan od apsolutnih fizičkih konstanta koja ima dimenziju djelovanja (energija X vrijeme); u CGS sustavu, p.p. h je jednak (6,62377 + 0,00018). 10 27 erg x sec (+0,00018 moguća pogreška mjerenja). Prvi ga je predstavio M. Planck (M. Planck, 1900.) u... ... Matematička enciklopedija

Kvantum djelovanja, jedan od glavnih konstante fizike, odražava specifičnost obrazaca u mikrosvijetu i igra temeljnu ulogu u kvantnoj mehanici. P. p. h (6,626 0755 ± 0,000 0040)*10 34 J*s. Vrijednost L = d/2i = (1,054 572 66 ± ... Veliki enciklopedijski politehnički rječnik

Planckova konstanta (kvant djelovanja)- jedna od temeljnih svjetskih konstanti (konstanti), koja igra odlučujuću ulogu u mikrosvijetu, očituje se u postojanju diskretnih svojstava mikroobjekata i njihovih sustava, izraženih cjelobrojnim kvantnim brojevima, s izuzetkom polucijelih... ... Počeci moderne prirodne znanosti

knjige

• Svemir i fizika bez “tamne energije” (otkrića, ideje, hipoteze). U 2 sveska. Svezak 1, O. G. Smirnov. Knjige su posvećene problemima fizike i astronomije koji postoje u znanosti desetcima i stotinama godina od G. Galilea, I. Newtona, A. Einsteina do danas. Najsitnije čestice materije i planeti, zvijezde i...