» » » » » » Prima teorie cuantică: Max Planck și radiația corpului negru

Prima teorie cuantică: Max Planck și radiația corpului negru

Radiația termică este radiația electromagnetică emisă de suprafața unui obiect datorită energiei interne a obiectului. Dacă un obiect este încălzit suficient, el începe să emită lumină la capătul roșu al spectrului, în timp ce devine roșu fierbinte.

Încălzirea în continuare determină schimbarea culorii de la roșu la galben, alb și albastru, deoarece emite lumină la lungimi de undă din ce în ce mai mici (frecvențe mai mari). Un emițător perfect este, de asemenea, un absorber perfect: atunci când este rece, un astfel de obiect pare perfect negru, deoarece absoarbe toată lumina care cade pe el și nu emite nimic. În consecință, un emițător termic ideal este cunoscut ca un corp negru, iar radiația pe care o emite se numește radiația corpului negru.

Predicții privind cantitatea de radiație termică a diferitelor frecvențe emise de un corp
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:RWP-comparison.svg 

(Predicții privind cantitatea de radiație termică a diferitelor frecvențe emise de un corp. Valorile corecte prevăzute de legea lui Planck (verde) contrastează cu valorile clasice ale legii Rayleigh-Jeans (roșu) și aproximarea Wien (albastru).)

La sfârșitul secolului al XIX-lea, radiația termică a fost destul de bine caracterizată experimental. Fizica clasică a condus la legea Rayleigh-Jeans, care, după cum se arată în figură, este în acord cu rezultatele experimentale la frecvențe joase, dar nu și la frecvențe înalte. Fizicienii au căutat o singură teorie care să explice toate rezultatele experimentale.

Primul model care a putut explica întregul spectru de radiații termice a fost prezentat de Max Planck în 1900. El a propus un model matematic în care radiația termică era în echilibru cu un set de oscilatoare armonice. Pentru a reproduce rezultatele experimentale, el a trebuit să presupună că fiecare oscilator a emis un număr întreg de unități de energie la frecvența sa unică caracteristică, în loc să emită o cantitate arbitrară de energie. Cu alte cuvinte, energia emisă de un oscilator a fost cuantificată. Cuanta energiei pentru fiecare oscilator, conform lui Planck, a fost proporțional cu frecvența oscilatorului; constanta proporționalității este acum cunoscută sub numele de constanta Planck. Constanta Planck, de obicei scrisă ca h, având valoarea de 6.63×10-34 J s. Deci, energia E a unui oscilator de frecvență f este dată de

E = nhf, unde n = 1, 2, 3, …

Pentru a schimba culoarea unui astfel de corp radiant, este necesar să i se schimbe temperatura. Legea lui Planck explică de ce: creșterea temperaturii unui corp îi permite să emită mai multă energie în ansamblu și înseamnă că o proporție mai mare a energiei este spre zona violet a spectrului.

Legea lui Planck a fost prima teorie cuantică în fizică, iar Planck a câștigat Premiul Nobel în 1918 „ca recunoaștere a serviciilor pe care le-a făcut pentru avansarea fizicii prin descoperirea cuantei de energie”. În acel moment, însă, planul lui Planck era că cuantizarea era pur și simplu o construcție matematică euristică, mai degrabă decât (așa cum se crede acum) o schimbare fundamentală în înțelegerea noastră a lumii.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *