Konstantna deska

Iz Wikipedije, proste enciklopedije
Pojdi na navigacijo Pojdi na iskanje
Kvantna mehanika
Glej tudi: Portal: Fizika

Konstanta Planca ( kvant delovanja) je osnovna konstanta kvantne teorije , koeficient, ki povezuje energijo kvanta elektromagnetnega sevanja z njegovo frekvenco, pa tudi na splošno vrednost kvanta energije katerega koli linearnega vibracijskega fizičnega sistema. s svojo frekvenco. Povezuje energijo in impulz s frekvenco in prostorsko frekvenco , delovanje s fazo . To je kvant kotnega momenta . Prvič je omenil Planck v svojem delu o toplotnem sevanju in ga zato poimenoval po njem. Običajna oznaka je latinščina ...

Od leta 2019 velja, da je vrednost Planckove konstante fiksna in natančno enaka vrednosti = 6,626 070 15⋅10 −34 kg · m 2 · s −1 (J · s).

Fizični občutek

V valovni kvantni mehaniki je vsakemu delcu dodeljena valovna funkcija, značilnosti tega vala pa so povezane z lastnostmi delca: valovni vektor - z impulzom , frekvenca - z energijo , faza - z akcijo ... Planckova konstanta je koeficient, ki povezuje te vrednosti med seboj:

V teoretični fiziki se sistem enot pogosto uporablja za poenostavitev videza formul, v katerih , potem imajo te relacije obliko:

Vrednost Planckove konstante določa tudi meje uporabnosti klasične in kvantne fizike. V primerjavi z velikostjo vrednosti delovanja ali kotnega momenta, ki je značilna za obravnavani sistem, ali produktov karakterističnega impulza po karakteristični velikosti ali karakteristične energije po karakterističnem času, Planckova konstanta kaže, kako uporabna klasična mehanika je na dani fizični sistem. Namreč, če - delovanje sistema, in Je njegov kotni moment, potem pri oz vedenje sistema lahko običajno z dobro natančnostjo opiše klasična mehanika.

Te ocene izhajajo iz Heisenbergovih razmerij negotovosti . V kvantni fiziki so merljive fizične količine povezane z operaterji , katerih algebra se od algebre realnih števil razlikuje predvsem po tem, da se operaterji ne smejo komutirati, tj. imenovano stikalo, ne sme biti nič. Običajno ima komutator operaterjev fizikalnih veličin vrednost reda Planckove konstante. Če komutator dveh operaterjev kvantne mehanike ni enak nič, potem ustreznih veličin ni mogoče meriti hkrati s poljubno visoko natančnostjo. To vodi do pojava valovnih pojavov ob upoštevanju ustreznih fizičnih sistemov. Tako Planckova konstanta opredeljuje meje uporabnosti klasične fizike.

Zgodovina odkritij

Planckova formula za toplotno sevanje

Planckova formula - izraz za gostoto spektralne moči ravnotežno toplotno sevanje črnega telesa , ki ga je pridobil Max Planck, potem ko je postalo jasno, da Wienova formula zadovoljivo opisuje sevanje le v kratkovalovnem območju, ne deluje pa pri visokih temperaturah in v infrardečem območju . Leta 1900 je Planck predlagal formulo, ki se je dobro ujemala z eksperimentalnimi podatki. Pri izpeljanju te formule pa se je Planck moral zateči k hipotezi o kvantizaciji energije med oddajanjem in absorpcijo elektromagnetnih valov. Poleg tega se je izkazalo, da je velikost kvanta energije povezana s frekvenco valovanja:

Koeficient sorazmernosti v tej formuli se imenuje Planckova konstanta.

Hkrati je Planck verjel, da hipoteza, ki jo je uporabil, ni nič drugega kot uspešen matematični trik, vendar ni neposreden odraz fizičnega procesa. To pomeni, da Planck ni predvideval, da se elektromagnetno sevanje oddaja v obliki ločenih delov energije (kvantov), ​​katerih velikost je povezana s frekvenco sevanja.

Foto učinek

Fotoelektrični učinek je oddajanje elektronov snovi pod vplivom svetlobe (in na splošno katerega koli elektromagnetnega sevanja). V kondenziranih snoveh (trdni in tekoči) se oddaja zunanji in notranji fotoelektrični učinek.

Fotoelektrični učinek je leta 1905 razložil Albert Einstein (za kar je leta 1921 prejel Nobelovo nagrado , zahvaljujoč nominaciji švedskega fizika Oseena ), na podlagi Planckove hipoteze o kvantni naravi svetlobe. Einsteinovo delo je vsebovalo pomembno novo hipotezo – če je Planck domneval, da se svetloba oddaja le v kvantiziranih delih, je Einstein že verjel, da svetloba obstaja le v obliki kvantiziranih delov. Iz zakona o ohranjanju energije, ko je svetloba predstavljena v obliki delcev ( fotonov ), Einsteinova formula za fotoelektrični učinek sledi:

kje - tako imenovani. delovna funkcija (najmanjša energija, potrebna za odstranitev elektrona iz snovi),
Je kinetična energija oddanega elektrona,
Je frekvenca vpadnega fotona z energijo
Je Planckova konstanta.

Ta formula implicira obstoj rdeče meje fotoelektričnega učinka , torej obstoj najnižje frekvence, pod katero energija fotona ni več dovolj, da bi "izbil" elektron iz telesa. Bistvo formule je, da se energija fotona porabi za ionizacijo atoma snovi, to je za delo, potrebno za "izvlečenje" elektrona, preostanek pa se pretvori v kinetično energijo elektron.

Comptonov učinek

Preglasitev

Na XXIV Generalni konferenci za uteži in mere (GCMW) 17.-21. oktobra 2011 je bila soglasno sprejeta resolucija [1] , v kateri je bilo zlasti predlagano v prihodnji reviziji mednarodnega sistema enot (SI ) na novo definirati enote SI tako, da je bila konstanta Bar natanko 6,62606X⋅10 −34 J · s , kjer X nadomesti eno ali več pomembnih števk, ki se bodo določile naprej na podlagi najbolj natančnih priporočil CODATA [2] . V isti resoluciji je predlagano na enak način določiti kot natančne vrednosti Avogadrova konstanta , elementarni naboj in Boltzmannovo konstanto .

XXV CGPM, ki je potekal leta 2014, se je odločil nadaljevati delo na pripravi nove revizije SI, vključno z vezavo osnovnih enot SI na natančno vrednost Planckove konstante, in okvirno načrtoval, da bo to delo dokončal do leta 2018 v za zamenjavo obstoječega SI s posodobljeno različico XXVI CGPM [3] . Leta 2019 je Planckova konstanta dobila fiksno vrednost, tako kot Boltzmannova konstanta , Avogadrova konstanta in druge [4] .

Planckove konstantne vrednosti

Prej je bila Planckova konstanta eksperimentalno izmerjena količina, katere natančnost znane vrednosti se je nenehno povečevala. Zaradi sprememb v SI 2019 je bila sprejeta fiksna natančna vrednost Planckove konstante:

h = 6,626 070 15 × 10 −34 J · s [5] ;
h = 6,626 070 15 × 10 −27 erg · s ;
h = 4,135 667 669 ... × 10 −15 eV · s [5] .

Ta vrednost je sestavni del definicije mednarodnega sistema enot.

Pogosto se uporablja količina :

ħ = 1,054 571 817 ... × 10 −34 J · s [5] ;
ħ = 1,054 571 817 ... × 10 −27 erg · s ;
ħ = 6,582 119 569 ... × 10 −16 eV · s [5] ,

imenovana reducirana (včasih racionalizirana ali reducirana) Planckova konstanta ali Diracova konstanta . Uporaba tega zapisa poenostavlja številne formule kvantne mehanike, saj je tradicionalna Planckova konstanta pogosto vključena v te formule v obliki deljena s konstanto ...

V številnih naravnih sistemih enot je merska enota delovanja [6] . V Planckovem sistemu enot, ki je povezan tudi z naravnimi sistemi, služi kot ena od osnovnih enot sistema.

Merilne metode

Uporaba zakonov fotoelektričnega učinka

S to metodo merjenja Planckove konstante se za fotoelektrični učinek uporablja Einsteinov zakon:

kje Ali je največja kinetična energija fotoelektronov, ki jih oddaja katoda,
- frekvenco vpadne svetlobe,
- tako imenovani. delovna funkcija elektrona.

Merjenje se izvede na naslednji način. Najprej se katoda fotocelice s frekvenco obseva z monokromatsko svetlobo , medtem ko se na fotocelico uporabi blokirna napetost, tako da se tok skozi fotocelico ustavi. V tem primeru pride do naslednjega razmerja, ki neposredno izhaja iz Einsteinovega zakona:

kje Je naboj elektrona .

Nato se ista fotocelica s frekvenco obseva z monokromatsko svetlobo in na enak način ga zaklenejo z napetostjo

Če odštejemo drugi izraz od prvega, dobimo:

od koder sledi:

Analiza rentgenskega spektra zavornega žarka

Ta metoda velja za najbolj natančno od obstoječih. Uporablja dejstvo, da ima frekvenčni spekter zavornih rentgenskih žarkov natančno zgornjo mejo, imenovano vijolična meja. Njegov obstoj izhaja iz kvantnih lastnosti elektromagnetnega sevanja in zakona o ohranjanju energije. res,

kje - svetlobna hitrost,
- valovna dolžina rentgenskega sevanja,
- naboj elektronov,
Je pospeševalna napetost med elektrodama rentgenske cevi.

Potem je Planckova konstanta enaka:

Poglej tudi

Opombe (uredi)

  1. O morebitni prihodnji reviziji mednarodnega sistema enot, SI. Resolucija 1 24. seje CGPM (2011).
  2. Dogovor o vezavi kilograma in prijateljev na osnove - fizika-matematika - 25. oktober 2011 - New Scientist
  3. O prihodnji reviziji mednarodnega sistema enot, SI (eng.) ... Resolucija 1 25. CGPM (2014) . BIPM . Pridobljeno 6. julija 2017.
  4. Mednarodni sistem enot za bistveno boljše meritve (nedostopna povezava) . BIPM . Pridobljeno 22. maja 2019. Arhivirano 24. maja 2019.
  5. 1 2 3 4 Temeljne fizične konstante - popoln seznam
  6. Tomilin KA Naravni sistemi enot: do stote obletnice sistema Planck (angl.) ... Proc. XXII Internat. Delavnica o fiziki visokih energij in teoriji polja (junij 1999). Pridobljeno 22. decembra 2016.

Literatura

Povezave