|
Меню сайта
Статистика
|
Гипотеза ПланкаГипотеза ПланкаСюрприз преподнесло решение задачи о распределении энергии в спектре излучения абсолютно черного тела при заданной температуре. Задачу эту решали полвека, ею занималось целое поколение ученых. Но решить ее так, чтобы результаты измерения энергии на различных участках спектра совпали с формулой, не удавалось. Различные тела поглощают электромагнитные волны по-разному. Физическое тело, поглотительная способность которого равна единице, т. е. тело, поглощающее все падающие на него лучи, называют абсолютно черным. Примером может служить зачерненная изнутри полость с небольшим отверстием. Сажа и черный бархат очень близки к абсолютно черному телу. Как это ни странно, всем требованиям, предъявляемым к абсолютно черному телу, отвечает Солнце — его поглотительная способность равна единице. Ученые долго не могли решить задачу о распределении энергии в спектре излучения абсолютно черного тела. По мнению немецкого физика Макса Планка, их неудачи были неизбежны, так как они считали, что электромагнитная энергия поглощается и излучается телом непрерывно. Планк же предположил, что атомы тела поглощают и излучают энергию определенными порциями — квантами. Величина кванта поглощенной и излучаемой энергии пропорциональна частоте соответствующей волны: ε=hv. Коэффициент пропорциональности (К) называют постоянной Планка: h=6,62•10-34 дж•сек. Теперь можно было и решить задачу. Формула Планка соответствовала результатам опыта. Вслед за этим решением возникла квантовая теория; Эйнштейн дополнил теорию Планка, предположив, что распространение света происходит квантами. Это объяснило закономерности фотоэффекта, обнаруженные в опытах Столетова. Рассматривая с квантовой точки зрения поглощение волны, падающей на поверхность заряженного металла, Эйнштейн выразил закон сохранения энергии в явлении фотоэффекта так:
где  кинетическая энергия электрона, вылетающего из металла, А — работа, затрачиваемая на его вылет. Если электроны не вылетают из пластинки, это означает, что квант энергии меньше А. Увеличение интенсивности приводит лишь к увеличению числа квантов, а не энергии в каждом кванте. Согласно квантовой теории на пороге фотоэффекта частота световой волны — это та частота, при которой квант энергии равен работе, затраченной вылетающим электроном:  Если же частота волны больше частоты порога, то кинетическая энергия вылетающего электрона будет равна разности между квантом энергии и работой вылета:  Так возникло представление о новых квантовых свойствах электромагнитного поля и, естественно, его видимого спектра — света. Следующим успехом квантовой теории было то, что она объяснила спектры излучения атомов. Возьмем, например, спектр водорода. В нем видны линии, отстоящие друг от друга и объединенные в группы — серии. Каждая линия указывает на электромагнитную волну определенной частоты. Значит, атом при излучении волны отдает строго определенную энергию. В этом, собственно, и состоит квантовый характер излучения. Он выражается правилом частот Бора: hv=E1-E2, где E1— энергия атома до излучения кванта энергии, E2 — энергия атома после излучения, a v — частота волны. Квантовая теория обогатилась, таким образом, новым физическим содержанием. Она открыла те возможные значения энергии, которыми обладает атом. Не любые значения энергии может иметь атом, а только, как принято говорить, квантовые, так как энергия атома изменяется скачком. Эта особенность побудила искать другие квантовые свойства атомов. Физики обратились к магнитному моменту атома. Опыт был прост. Узкий пучок атомов пропустили через магнитное поле. Пройдя поле, пучок разделился надвое. Магнитные моменты, следовательно, ориентированы двумя способами и имеют определенную величину, т. е. тоже оказываются квантованными . Таким образом, квантовый характер электромагнитного поля отражает квантовые свойства излучающих его источников — атомов и молекул. Видимый свет стало возможным объяснить при помощи фотона — частицы, энергия которой равна кванту: ε=hv. Так открылась двойственная природа света — волновая и корпускулярная. Каждое свойство объясняет определенный круг явлений. Они не исключают друг друга, а дополняют.
|
ПОИСК
Block title
|
