Вопрос 3. Формула Планка. Гипотеза м. Планка. Кванты
Законы
Стефана – Больцмана и Вина являются
частными законами излучения абсолютно
черного тела:
они не дают общей картины распространения
энергии по длинам волн при различной
температуре. В конце 20 века был предпринят
ряд попыток теоретически установить
закон распределения энергии в спектре
излучения абсолютно черного тела, т.е.
получить формулу, выражающую спектральную
плотность энергетической светимости
абсолютно черного тела. 
как функцию длины волны λ и термодинамической
температуры Т:
(10)
Однако все попытки давали результаты, противоречащие опыту. И только в 1900 году немецкий физик М. Планк нашел вид функции (10)
Макс
Карл Эрнест Людвиг Планк (1858 – 19470).
Основоположник квантовой теории, член
Берлинской академии наук (1894) и ряда
других академий мира. Родился в городе
Киль. Ввел постоянную 
Дж с (1900) и вывел формулу:
За открытие кванта действия в 1918 г. М. Планку была присуждена Нобелевская премия по физике.
Планк выдвинул гипотезу, согласно которой электромагнитная энергия может излучаться и распространяться только вполне определенными (для данной излучающей системы) отдельными порциями – ε , или квантами.
Можно сказать, что ЭМВ переносят энергию только в количествах, кратных кванту энергии ε. Переносящая энергия может быть равной ε, 2ε, 3ε или, вообще, nε, где n=1,2,3…,но не может быть равной дробному числу квантов, например 3ε/4 или 9ε/5
Квант энергии пропорционален частоте излучения (обратно пропорционален длине волны λ):
(11),
где с - скорость света в вакууме,
h=6,625*
Дж*с – постоянная Планка; иногда h
называют квантом действия. Сам Планк
ввел этот термин, т.к. h
имеет размерность энергии в Дж на время
в секунду.
По (11) можно рассчитать квант энергии излучения любой длины волны. Например, для зеленого света λ=0,555 мкм, тогда:
Дж
В таблице 1 приводятся значения квантов энергии для некоторых длин волн, соответствующих различным видам электромагнитного излучения:
Вид излучения |
Длина волны, м |
Частота, Гц |
Энергия квантов, Дж |
Радиоволны |
1
|
|
|
Видимый свет |
|
|
|
Рентгеновское излучение |
|
|
|
Гамма излучение |
|
|
|
Из таблицы 1 видно, что при больших длинах волн энергия кванта крайне мала. Поэтому в общем потоке энергии, исходящем от длинноволнового излучения (например, макроскопического генератора радиоволн), отдельный квант энергии совершенно незаметен, поэтому прерывность излучения энергии не обнаруживается. Квантовый характер излучения и отдельного кванта становятся заметными в потоке энергии, исходящем от коротковолновых микроизлучателей ( атомов и молекул )
Процесс поглощения электромагнитной энергии также имеет прерывистый (квантовый) характер.
На основе теории Планка , А.Эйнштейн в 1905г. создал квантовую (фотонную) теорию света, а Н. Бор в 1913г. разработал квантовую теорию строению атома.
Литература:
1. И.И.Наркевич и др. физика. - Мн.: Издательство ООО “Новое Знание”,2004
2. Р.Н.Грабовский. Курс физики.— С. Пб. – М. – Краснодар: Издательство «Лань»,2006
3. А.Н. Ремизов. Курс физики, электроники и кибернетики. – М.: Издательство «Высшая школа», 1982
4. В. Ф. Дмитриева. Физика. – М.: Издательство «Высшая школа»,2001
5. П. С. Кудрявцев. Курс истории физики. – М.: Издательство «Просвещение»,1974