РОЗВИТОК КВАНТОВОЇ ФІЗИКИ. ГІПОТЕЗА ПЛАНКА



ОПТИКА І КВАНТОВА ФІЗИКА

РОЗДІЛ. 4 Хвильова і квантова оптика

§ 37. РОЗВИТОК КВАНТОВОЇ ФІЗИКИ. ГІПОТЕЗА ПЛАНКА

Явища, що відбуваються в макросвіті, вивчає класична фізика. У тих випадках, коли макроскопічні явища відбуваються з невеликими (порівняно зі швидкістю поширення світла) швидкостями, їх пояснює класична механіка Ньютона. Явища, що відбуваються зі швидкостями, які наближаються до швидкості світла, вивчає теорія відносності. Квантова фізика, знайомство з якою ви починаєте, вивчає явища, що відбуваються в мікросвіті, які класична

фізика пояснити не може.

Виникнення квантової фізики пов’язане з ім’ям німецького фізика М. Планка. Він досліджував випромінювання нагрітого тіла. Найбільш важливі результати своїх дослідів Планк опублікував наприкінці 1900 р. Таким чином, виникнення квантової фізики датується XIX і XX ст.

Розглянемо дослід. Під’єднаємо металеву спіраль до джерела регульованої напруги. Для вимірювання температури спіралі вставимо в неї термометр. Встановивши низьку напругу, замкнемо коло. Спіраль трохи нагріється, але світитися не буде. Якщо недалеко від спіралі поставити термопару, приєднану до чутливого гальванометра

(мал. 174), то прилад зафіксує наявність теплового випромінювання, що не сприймається нашим оком. Збільшуючи напругу, що подається на спіраль, ми помітимо, що з підвищенням температури теплове випромінювання спіралі стає значнішим. При температурі близько 500 °С спіраль почне випромінювати червоне (“вишневе”) світло. При подальшому підвищенні температури спіралі інтенсивність випромінювання буде зростати, а колір випромінюваного світла стане спочатку оранжевим, потім жовтим і нарешті звичайним білим.

Якщо в описаному досліді спостерігати за світлом, що випромінює спіраль, за допомогою спектроскопа, то спочатку побачимо лише червоний край спектра. Але потім послідовно почнуть з’являтися оранжева, жовта, зелена, блакитна, синя і нарешті фіолетова області. Таким чином, з підвищенням температури підвищується інтенсивність теплового випромінювання, а в ньому спостерігаються випромінювання все більш високих частот.

Тіло, нагріте до температури в декілька тисяч градусів, має суцільний спектр випромінювання, що займає область від невидимого інфрачервоного випромінювання до невидимого ультрафіолетового.

РОЗВИТОК КВАНТОВОЇ ФІЗИКИ. ГІПОТЕЗА ПЛАНКА

Мал. 174

На мал. 175 наведено експериментально одержані графіки розподілу енергії Е в спектрі випромінювання вугільної спіралі при різних температурах. На осі ординат відкладені значення енергії, що відповідають даній довжині хвилі, а на осі абсцис – довжини хвиль.

Визначений експериментально розподіл енергії випромінювання в спектрі потребував теоретичного пояснення. Зрозуміло, оскільки всі тіла складаються з атомів, то теплове, видиме і ультрафіолетове випромінювання обумовлюються потоком атомів. Але як? У класичній електродинаміці Максвелла відповідно до дослідів вважається, що заряд, який коливається, випромінює електромагнітні хвилі і втрачає енергію безперервно. Багаторазові намагання фізиків пояснити механізм випромінювання з позицій класичної фізики не мали успіху. Зазнав поразки і Планк. Аналізуючи причини своєї невдачі, він дійшов висновку, що закони випромінювання електромагнітних хвиль класичної фізики, засновані на теорії електромагнетизму Максвелла, непридатні до атомів.

Планк висловив припущення, що атоми випромінюють не безперервно, а переривчасто, порціями – квантами (j лат. qantum – порція), енергія яких пропорційна частоті коливань:

Е = hv,

ДеЕ – енергія кванта; h – стала величина, що отримала згодом назву сталої Планка. Стала Планка в сучасній фізиці відіграє виключно важливу роль; її значення визначене з високою точністю:

H = 6,626 176 10- 34 Дж с.

Гіпотеза Планка про переривчастий характер випромінювання нагрітого тіла блискуче пояснила експериментально знайдену залежність випромінювання від довжини хвилі (частоти). Проте вона суперечить класичній фізиці. Сучасники Планка, та спочатку і сам Планк, сприйняли гіпотезу про переривчастий характер випромінювання як цікавий прийом, що дає змогу пояснити тільки закономірності теплового випромінювання. Проте значення гіпотези Планка виявилося незрівнянно великим: воно знаменувало народження нової фізики – фізики мікросвіту.

РОЗВИТОК КВАНТОВОЇ ФІЗИКИ. ГІПОТЕЗА ПЛАНКА

Мал. 175


1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (No Ratings Yet)
Loading...


Додавання чисел з степенями.
Ви зараз читаєте: РОЗВИТОК КВАНТОВОЇ ФІЗИКИ. ГІПОТЕЗА ПЛАНКА