Det Planck er konstant er en grundlæggende konstant for kvantefysik, der relaterer stråling af energi absorberet eller udsendt af atomer med deres frekvens. Plancks konstant udtrykkes med bogstavet h eller med det reducerede udtryk ћ = h / 2П
Navnet på Plancks konstant skyldes fysikeren Max Planck, som opnåede det ved at foreslå strålingsenergidensitetsligningen af et hulrum i termodynamisk ligevægt som en funktion af strålingsfrekvensen.
Artikelindeks
I 1900 foreslog Max Planck intuitivt et udtryk for at forklare sort kropsstråling. En sort krop er en idealistisk opfattelse, der defineres som et hulrum, der absorberer den samme mængde energi, som atomerne i væggene udsender..
Den sorte krop er i termodynamisk ligevægt med væggene, og dens strålende energitæthed forbliver konstant. Eksperimenterne med sort kropsstråling viste uoverensstemmelser med den teoretiske model baseret på lovene i klassisk fysik..
For at løse problemet erklærede Max Planck, at atomerne i den sorte krop opfører sig som harmoniske oscillatorer, der absorberer og udsender energi i en mængde, der er proportional med deres frekvens..
Max Planck antog, at atomer vibrerer med energiværdier, der er multipla af en minimumsenergi hv. Han opnåede et matematisk udtryk for energitætheden i et strålende legeme som en funktion af frekvens og temperatur. I dette udtryk vises Planck-konstanten h, hvis værdi tilpasses meget godt til de eksperimentelle resultater.
Opdagelsen af Plancks konstant tjente som et stort bidrag til at lægge grundlaget for kvantemekanik.
Vigtigheden af Planck-konstanten er, at den definerer kvanteverdenens delelighed på mange måder. Denne konstant vises i alle ligninger, der beskriver kvantefænomener såsom Heisenbergs usikkerhedsprincip, de Broglie bølgelængde, elektronenerginiveauer og Schrodingers ligning..
Plancks konstant forklarer, hvorfor objekter i universet udsender farve med deres egen indre energi. For eksempel skyldes solens gule farve, at dens overflade med temperaturer på omkring 5600 ° C udsender flere fotoner med bølgelængder, der er typiske for gule..
Ligeledes giver Plancks konstant os mulighed for at forklare, hvorfor mennesker, hvis kropstemperatur er omkring 37 ° C, udsender stråling med infrarøde bølgelængder. Denne stråling kan detekteres ved hjælp af et infrarødt termisk kamera.
En anden anvendelse er omdefinering af grundlæggende fysiske enheder såsom kilo, ampere, kelvin og mol, fra eksperimenter med wattbalancen. Wattbalancen er et instrument, der sammenligner elektrisk og mekanisk energi ved hjælp af kvanteeffekter for at relatere Plancks konstant til masse (1).
Plancks konstant etablerer det forholdsmæssige forhold mellem energien af elektromagnetisk stråling og dens frekvens. Plancks formulering antager, at hvert atom opfører sig som en harmonisk oscillator, hvis strålingsenergi er
E = hv
E = energi absorberet eller udsendt i hver elektromagnetisk interaktionsproces
h = Plancks konstant
v = strålingsfrekvens
Konstanten h er den samme for alle svingninger, og energien kvantiseres. Dette betyder, at oscillatoren øger eller formindsker en mængde energi, der er et multiplum af hv, hvor de mulige energiværdier er 0, hv, 2hv, 3hv, 4hv ... nhv.
Kvantiseringen af energi tillod Planck at etablere matematisk forholdet mellem en sort krops strålende energitæthed som en funktion af frekvens og temperatur gennem ligningen.
E (v) = (8Пhv3 / c3). [1 / (ehv / kT-1)]
E (v) = energitæthed
c = lysets hastighed
k = Boltzman konstant
T = temperatur
Ligningen med energitæthed er enig med de eksperimentelle resultater for forskellige temperaturer, hvor et maksimum af strålingsenergi vises. Når temperaturen stiger, øges også frekvensen ved det maksimale energipunkt.
I 1900 justerede Max Planck de eksperimentelle data til sin energistrålingslov og opnåede følgende værdi for konstant h = 6,6262 × 10-34 J.s
Den mest justerede værdi af Plancks konstant opnået i 2014 af CODATA (2) er h = 6,626070040 (81) × 10-34 J.s.
I 1998 Williams et al. (3) opnåede følgende værdi for Plancks konstant
h = 6,626 068 91 (58) × 10-34 J.s.
De seneste målinger, der er foretaget af Plancks konstant, har været i eksperimenter med wattbalancen, der måler den strøm, der er nødvendig for at understøtte en masse..
Blåt lys er en del af det synlige lys, som det menneskelige øje er i stand til at opfatte. Dens længde svinger mellem 400 nm og 475 nm svarende til større og mindre energiintensitet. Den med den længste bølgelængde vælges til at udføre øvelsen
λ = 475 nm = 4,75 × 10-7m
Frekvensen v = c / λ
v = (3 × 10 8m / s) / (4,75 × 10-7m) = 6,31 × 10 14s-1
E = hv
E = (6,626 × 10-34 J.s). 6,31 × 10 14s-1
E = 4.181 × 10 -19J
E = hv = hc / λ
h = 6,626 × 10-34 J.s
c = 3 × 10 8m / s
λ = 589 nm = 5,89 × 10-7m
E = (6,626 × 10-34 J.s). (3 × 10 8m / s) / (5,89 × 10-7m)
E-foton = 3,375 × 10 -19 J
Den opnåede energi er til en lysfoton. Det er kendt, at energien kvantiseres, og at dens mulige værdier vil afhænge af antallet af fotoner, der udsendes af lysstrålen..
Antallet af fotoner er opnået fra
n = (180 KJ). (1 / 3.375 × 10 -19 J). (1000J / 1KJ) =
n = 4,8 × 10-23 fotoner
Dette resultat indebærer, at en lysstråle med en egenfrekvens kan fås til at have en vilkårligt valgt energi ved at justere antallet af svingninger korrekt..
Endnu ingen kommentarer