De Planck är konstant är en grundläggande konstant av kvantfysik som relaterar strålningen av energi som absorberas eller emitteras av atomer med deras frekvens. Plancks konstant uttrycks med bokstaven h eller med det reducerade uttrycket ћ = h / 2П
Namnet på Plancks konstant beror på fysikern Max Planck, som erhöll det genom att föreslå strålningsenergidensitetsekvationen för ett hålrum i termodynamisk jämvikt som en funktion av strålningsfrekvensen.
Artikelindex
År 1900 föreslog Max Planck intuitivt ett uttryck för att förklara svart kroppsstrålning. En svart kropp är en idealistisk uppfattning som definieras som ett hålrum som absorberar samma mängd energi som atomerna i väggarna avger..
Den svarta kroppen är i termodynamisk jämvikt med väggarna och dess strålande energitäthet förblir konstant. Experimenten med svart kroppsstrålning visade inkonsekvenser med den teoretiska modellen baserad på klassiska fysikens lagar..
För att lösa problemet uppgav Max Planck att den svarta kroppens atomer beter sig som harmoniska oscillatorer som absorberar och avger energi i en kvantitet som är proportionell mot deras frekvens..
Max Planck antog att atomer vibrerar med energivärden som är multiplar av en minsta energi hv. Han fick ett matematiskt uttryck för en strålande kropps energitäthet som en funktion av frekvens och temperatur. I detta uttryck visas Planck-konstanten h vars värde anpassade sig mycket till de experimentella resultaten.
Upptäckten av Plancks konstant fungerade som ett stort bidrag för att lägga grunden för kvantmekanik.
Vikten av Planck-konstanten är att den definierar kvantvärldens delbarhet på många sätt. Denna konstant förekommer i alla ekvationer som beskriver kvantfenomen som Heisenbergs osäkerhetsprincip, de Broglie våglängd, elektronenerginivåer och Schrodingers ekvation..
Plancks konstant förklarar varför objekt i universum avger färg med sin inre energi. Solens gula färg beror till exempel på att dess yta med temperaturer runt 5600 ° C avger fler fotoner med våglängder som är typiska för gula..
På samma sätt tillåter Plancks konstant oss att förklara varför människor vars kroppstemperatur ligger runt 37 ° C avger strålning med infraröda våglängder. Denna strålning kan detekteras med hjälp av en infraröd värmekamera.
En annan applikation är omdefinieringen av grundläggande fysiska enheter som kilo, ampere, kelvin och mol, från experiment med wattbalansen. Wattbalansen är ett instrument som jämför elektrisk och mekanisk energi med kvanteffekter för att relatera Plancks konstant till massa (1).
Plancks konstant fastställer det proportionella förhållandet mellan energin för elektromagnetisk strålning och dess frekvens. Plancks formulering antar att varje atom beter sig som en harmonisk oscillator vars strålningsenergi är
E = hv
E = energi absorberad eller emitterad i varje elektromagnetisk interaktionsprocess
h = Plancks konstant
v = strålningsfrekvens
Konstanten h är densamma för alla svängningar och energin kvantiseras. Detta innebär att oscillatorn ökar eller minskar en mängd energi som är en multipel av hv, de möjliga energivärdena är 0, hv, 2hv, 3hv, 4hv ... nhv.
Kvantiseringen av energi tillät Planck att matematiskt fastställa förhållandet mellan strålningsenergidensiteten hos en svart kropp som en funktion av frekvens och temperatur genom ekvationen.
E (v) = (8Пhv3 / c3). [1 / (ehv / kT-1)]
E (v) = energitäthet
c = ljusets hastighet
k = Boltzman-konstant
T = temperatur
Energidensitetsekvationen överensstämmer med experimentresultaten för olika temperaturer vid vilka maximalt strålningsenergi uppträder. När temperaturen ökar ökar också frekvensen vid maximal energipunkt.
År 1900 justerade Max Planck experimentdata till sin energistrålningslag och erhöll följande värde för konstanten h = 6,6262 × 10-34 J.s
Det mest justerade värdet av Plancks konstant som erhölls 2014 av CODATA (2) är h = 6,626070040 (81) × 10-34 J.s.
1998 Williams et al. (3) erhöll följande värde för Plancks konstant
h = 6,626 068 91 (58) × 10-34 J.s.
De senaste mätningarna som gjorts av Plancks konstant har varit i experiment med wattbalansen som mäter strömmen som krävs för att stödja en massa..
Blått ljus är en del av det synliga ljuset som det mänskliga ögat kan uppfatta. Dess längd oscillerar mellan 400 nm och 475 nm vilket motsvarar större och mindre energiintensitet. Den med den längsta våglängden väljs för att utföra övningen
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 erhållna energin är för en ljusfoton. Det är känt att energin kvantiseras och att dess möjliga värden kommer att bero på antalet fotoner som avges av ljusstrålen..
Antalet fotoner erhålls från
n = (180 KJ). (1/3 375 × 10 -19 J). (1000J / 1KJ) =
n = 4,8 × 10-23 fotoner
Detta resultat innebär att en ljusstråle med egenfrekvens kan få en godtycklig vald energi genom att justera antalet svängningar på lämpligt sätt..
Ingen har kommenterat den här artikeln än.