Тема 1. Тепловое излучение. Квантовая гипотеза Планка

Тепловое излучение. Квантовая гипотеза Планка.

Как современная физика рассматривает явления в микромере? Ученые пытались применять механику Ньютона в микромире. Но всегда были расхождения между теорией и результатами экспериментов. И тогда ученые создали квантовую механику.

К созданию квантовой механики привело рассмотрение явления, что при нагревании все тела излучают тепло. Хотя все тела излучают тепло при температуре выше нуля по Кельвину. Человек в комнате излучает тепло как 60 вольтная лампочка. Вот это излучение, причиной которого является излучение тепла – тепловое излучение. Спектр теплового излучения не зависит от природы вещества и зависит только от его температуры.

Тепловое излучение твердых тел. Если объект обладает Т>0К, значит, он излучает энергию. Выяснилось, что с увеличением температуры физического тела, точка максимума излучения сдвигается в коротковолновую область. Чем сильнее греет, тем светлее светится. Пример: «нагревание железа, изменение окраски: красная – белая-голубоватое коленье». Всё больше и больше сдвигается в синюю коротковолновую область.

В конце 19 века физики решили это объяснить с помощью методов классической физики <E>=kT, где k – постоянная Больцмана. Английский физик Релей попытался описать спектр излучения (). Чем меньше , тем больше мощность излучения. Это справедливо для длинноволнового диапазона. Для коротковолнового не описывает действительность. Ничего похожего на экспериментальные данные не получалось. Расхождение было огромным в ультрафиолетовой области – у/ф катастрофа (не совпадение теории и эксперимента).

Причины возникновения теплового излучения. В классической физике считали, что в результате колебания диполей внутри тела возникает тепловое излучение. Но это, безусловно, не верно, так как тепловое излучение возникает в результате тепловых колебаний атомов, из которых состоит тело.

Квантовая гипотеза планка.

Макс Планк – создатель квантовой механики. Планк попытался найти математическую функцию, которая могла бы описать кривую зависимости интенсивности от длины волны. Он просто подогнал формулу, которая будет описывать эти явления.

, где h – постоянная Планка.

1) dV<<kT, то мы экспоненту можем разложить в ряд - <E>=(приблизительно)kT. При большой длине волн формула Планка переходит в формулу Релея.

2) hV>>kT, то Средняя энергия спадает, следовательно, спадает мощность излучения.

Планк предположил, что энергия излучается порциями, только определенными порциями и эта порция – hV (), при круговой частоте

Энергия излучается не произвольно, а определенными порциями – квантами. Энергию кванта можно представить как , где w – круговая частота.

- постоянная Планка. Дж сек.

При малых частотах показатель экспоненты малый, тогда Е – малая величина совпадает теория и результат эксперимента.

Новые представления о квантованности мира.