Квантовый характер поглощения и излучения энергии уравнение планка

Уравнение Планка. Корпускулярные и волновые свойства микрообъектов

Содержание:

• Данный тип работы не является научным трудом, не является готовой выпускной квалификационной работой!
• Данный тип работы представляет собой готовый результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала для самостоятельной подготовки учебной работы.

Если вам тяжело разобраться в данной теме напишите мне в whatsapp разберём вашу тему, согласуем сроки и я вам помогу!

По этой ссылке вы сможете найти много готовых курсовых работ по химии:

Посмотрите похожие темы возможно они вам могут быть полезны:

Введение:

С момента появления теоретического мышления в истории человеческих представлений о природе два понятия, два общих объяснительных подхода постоянно конкурировали.

Первая из них, корпускулярная («корпускула» означает «частица»), основана на идее, что все в мире состоит из мельчайших частиц, атомов (по-гречески атом «неделим»), движущихся в вакууме.

Второе понятие, континуум («континуум» означает «непрерывный, без разрывов или разрывов»), исходит из того, что основой вещей является некая непрерывная, безгранично делимая субстанция, которая не имеет определенных границ и наполняет Вселенную без пустот.

Споры между атомистами и сторонниками концепций непрерывности и бесконечной делимости материи стали одной из главных движущих сил развития картины мира. В итоге оказалось, что дискретность («дискретная» — прерывистая, состоящая из отдельных частей) и непрерывность не являются взаимоисключающими, а дополняющими друг друга атрибутами материи.

Целью данной статьи является рассмотрение концепции дуальности волны-частицы.

В соответствии с поставленной целью были решены следующие задачи:

• рассмотреть волновую природу микрообъектов;
• охарактеризовать двойственную природу электромагнитных волн;
• описать распределение дуальности волны-частицы в микрообъектах.

Корпускулярно-волновая природа микрообъектов

Микромир состоит из микрочастиц, которые представляют собой элементарные частицы (электроны, протоны, нейтроны, фотоны и другие простые частицы), а также сложные частицы, образованные из относительно небольшого числа элементарных частиц (молекул, атомов, атомных ядер и т. д.). Термин «микрочастица» отражает только одну сторону объекта, к которому она применяется. Каждый микрообъект (молекула, атом, электрон, фотон и т. д.) Представляет собой особый вид образования, объединяющий свойства частицы и волны. Микрообъект не может напрямую влиять на наши чувства — не видеть и не трогать его. Ничего подобного микрообъектам не существует в мире, который мы воспринимаем. Микротела не похожи ни на что, что мы когда-либо видели.

Поскольку поведение атомов очень отличается от нашего обычного опыта, к нему очень трудно привыкнуть. И новичку в науке, и опытному физику — всем это кажется странным и туманным. Даже великие ученые не понимают этого столько, сколько им хотелось бы, и это совершенно естественно, потому что весь непосредственный опыт человека, вся его интуиция — все привязано к большим телам. Изучая мельчайшие частицы, приходится прибегать к различным абстракциям, напрягать воображение и не пытаться связать их с нашим непосредственным опытом. В доквантовой физике «понимать» означало составлять визуальное изображение объекта или процесса. Квантовая физика не может быть понята в этом смысле этого слова. Любая визуальная модель неизбежно будет действовать в соответствии с классическими законами и поэтому не подходит для представления квантовых процессов. Поэтому самое правильное, что можно сделать, — это отказаться от попыток построения визуальных моделей поведения квантовых объектов. Поначалу отсутствие видимости может вызвать чувство неудовлетворенности, но со временем это чувство исчезает, и все становится на свои места.

Сначала физики были поражены необычными свойствами тех самых маленьких частиц материи, которые они изучали в микромире. Попытки описать, а тем более объяснить свойства микрочастиц, используя понятия и принципы классической физики, явно потерпели неудачу. Поиски новых концепций и методов объяснения, в конце концов, привели к появлению новой квантовой механики, в которой Э. Шредингер, В. Гейзенберг и М. Борн внесли значительный вклад в окончательное построение и обоснование. В самом начале эту механику называли волной, в отличие от обычной механики, которая рассматривает свои объекты как состоящие из частиц или частиц. Впоследствии название квантовой механики было установлено для механики микрообъектов.

Двойственная природа электромагнитных волн

Важной вехой в развитии идей о природе света стала работа Ньютона, который был отличным оптиком. В механической картине мира все сводится к механическому движению тел. Соответственно, Ньютон полагал, что свет — это поток корпускул, движущихся с большой скоростью — отсюда прямолинейность лучей света. На этом пути не удалось достичь больших успехов, но авторитет механики велик, так что корпускулярные представления о природе света преобладали до 19-го века.

Постепенно накапливались экспериментальные факты, которые не укладывались в рамки корпускулярной теории. Были обнаружены явления интерференции (в которых два световых луча могут не только усиливать, но и подавлять друг друга) и дифракция (охватывающий свет препятствий). В начале XIX в. Французский физик О. Френель представил математическую теорию оптических явлений, основанную на идеях современника Ньютона Х. Гюйгенса о том, что свет — это волна, то есть распространяющиеся колебания.

Теория волн Френеля прошла первое испытание, когда он доложил об этом на заседании Парижской академии наук. Один из академиков, Пуассон, быстро поняв суть теории, заявил, что ее следует отвергнуть, поскольку она приводит к абсурдным выводам. Он продемонстрировал расчеты, из которых следует, что если теория верна, то в самом центре тени от круглого препятствия должно наблюдаться яркое пятно. Однако другой академик, Араго, будучи экспериментатором, решил все же проверить этот вывод. Выйдя со встречи, он сразу же организовал простой опыт и был поражен, обнаружив, что в центре тени действительно есть тусклое светлое пятно. По иронии судьбы, он стал известен как «пятно Пуассона», и идеи о волновой природе света одержали полную победу. В 70-х гг. XIX век Максвелл и Герц выяснили, что именно колеблется в световой волне: электрические и магнитные поля. Свет оказался электромагнитной волной.

Характер поведения электромагнитных волн, в частности света, также имеет двойственный характер поведения электромагнитных волн. В результате углубления представлений о природе света выяснилось, что в оптических явлениях обнаруживается своеобразный дуализм. Наряду с такими свойствами света, которые непосредственно свидетельствуют о его волновой природе (интерференция, дифракция), существуют и другие свойства, которые непосредственно раскрывают его корпускулярную природу (фотоэлектрический эффект, явление Комптона). Считай их.

Фотоэлектрический эффект, или фотоэлектрический эффект, называется излучением электронов веществом под воздействием света. В 1905 году А. Эйнштейн показал, что все законы фотоэлектрического эффекта легко объяснимы, если предположить, что свет поглощается в тех же порциях (квантах) E = hx, как и он, согласно Планку, излучается. Согласно Эйнштейну, энергия, полученная электроном, доставляется ему в форме кванта hv, который полностью поглощается им. Часть этой энергии, равная работе выхода, т. е. Наименьшая энергия, необходимая электрону для того, чтобы оставить тело в вакууме, расходуется так, чтобы электрон мог покинуть тело. Оставшаяся часть энергии формирует кинетическую энергию Ek электрона, покинувшего вещество. В этом случае отношение hv = mv² / 2 + A, которая называется формулой Эйнштейна.

Отсюда следует, что в случае, когда работа выхода A превышает квантовую энергию hv, электроны не могут покинуть металл. Следовательно, для возникновения фотоэлектрического эффекта необходимо, чтобы энергия кванта была больше, чем работа выхода. Частота v0, ниже которой фотоэлектрический эффект не наблюдается, называется красной границей фотоэлектрического эффекта. Эйнштейн предположил, что свет распространяется в форме дискретных частиц, называемых квантами света. Впоследствии эти частицы были названы фотонами. Энергия фотона определяется его частотой E = hv, масса покоя фотона равна нулю, и фотон всегда движется со скоростью c. Вышесказанное означает, что фотон — это частица особого вида, отличная от таких частиц, как электрон и т. д., Которые могут существовать, двигаясь со скоростями, меньшими, чем с, и даже отдыхая.

Поток фотонов, падающих перпендикулярно светопоглощающей поверхности, оказывает на нее давление. Если плотность фотонов равна n, то давление света равно P = nE = nhv, поскольку каждый фотон дает импульс к стенке P = E / S = HV / S.

Свойства частиц особенно выражены в явлении, называемом эффектом Комптона. В 1923 году А. Комптон, изучая рассеяние рентгеновских лучей на различных веществах, обнаружил, что в рассеянных лучах наряду с излучением исходной длины волны присутствуют также лучи большей длины волны. Оказалось, что разница между этими длинами волн зависит только от угла, образованного направлением рассеянного излучения с направлением первичного пучка. Разность волн не зависит от начальной волны и природы рассеивающего вещества. Все особенности эффекта Комптона можно объяснить, рассматривая рассеяние как процесс упругого столкновения рентгеновских фотонов с практически свободными электронами. Мы можем считать свободными самые слабые электроны, связанные с атомами, энергия связи которых намного меньше энергии, которую фотон может передать электрону при столкновении, поэтому мы рассмотрели ряд явлений, в которых он ведет себя как поток частиц ( фотоны). Однако такие явления, как интерференция и дифракция света, могут быть объяснены только на основе волновых представлений. Таким образом, свет раскрывает дуальность волны-частицы (дуальность): в некоторых явлениях возникает его волновая природа, и он ведет себя как электромагнитная волна, в других явлениях в нем возникает природа частиц света, и он ведет себя как поток фотонов.

Распространение дуальности волны-частицы на микрообъекты

Новый радикальный шаг в развитии физики был связан с распространением дуальности волновых частиц на мельчайшие частицы материи — электроны, протоны, нейтроны и другие микрообъекты. В классической физике вещество всегда считалось составленным из частиц, и поэтому волновые свойства казались ему явно чуждыми. Тем более удивительным было открытие, что микрочастицы обладали волновыми свойствами, первая гипотеза о существовании которых была выдвинута в 1924 году известным французским ученым Луи де Бройлем. Предполагая, что частицы материи наряду с корпускулярными свойствами также обладают волновыми свойствами, де Бройль перенес на случай частиц материи те же правила перехода от одного изображения к другому, которые действительны в случае света. Согласно идее де Бройля, движение электрона или любой другой частицы связано с волновым процессом, с частотой V = E / ч.

Гипотеза де Бройля была вскоре подтверждена экспериментально в 1927 году американскими физиками К. Дэви и Л. Гермером, которые впервые обнаружили явление дифракции электронов на кристалле никеля, то есть типичную волновую картину. формула ƛ = ч / п.

называется формулой де Бройля и является одним из отношений, которые лежат в основе современной физики. Для частицы с массой m, движущейся с низкой скоростью v ƛ = ч / мв.

Сочетая свойства частицы и волны, микротела не ведут себя ни как волны, ни как частицы. Разница между микрочастицей и волной заключается в том, что она всегда будет проявляться как неделимое целое. Никто никогда не наблюдал, например, полуэлектрона. В то же время волну можно разделить на части (например, направив световую волну на полупрозрачное зеркало) и затем воспринимать каждую часть индивидуально. Разница между микрочастицей и макрочастицей заключается в том, что она не имеет одновременно определенных значений координаты и импульса, в результате чего понятие траектории применительно к микрочастице теряет свое значение.

Таким образом, электрон, протон, атомное ядро ​​- это частицы с очень специфическими свойствами. Обычный шарик, даже очень маленького размера (макроскопическая частица), не может служить прототипом микрочастицы. С уменьшением размера начинают появляться качественно новые свойства, которых нет у микрочастиц. Однако при определенных условиях понятие траектории приблизительно применимо к движению микрочастиц, так же как закон прямолинейного распространения света оказывается верным. В формуле де Бройля нет ничего конкретного для электрона как особой частицы. Волновые свойства должны быть присущи любой частице вещества, имеющей массу m и скорость v. Убедительное доказательство правильности формулы де Бройля и наличия волновых свойств частиц было получено в экспериментах по дифракции нейтронов на кристаллах. В некоторых случаях с помощью нейтронографии можно более успешно изучать структуру веществ, чем с помощью рентгеновских лучей или электронов.

Вывод:

Таким образом, дуальность волны-частицы — это универсальное свойство материальных объектов, заключающееся в том, что поведение одного и того же объекта в разных ситуациях или в разных отношениях можно описать как волновую модель и как модель частицы или набор частиц.

Корпускулярные свойства присущи свету. На их основе объясняется целый ряд наблюдаемых физических явлений — происхождение линейных спектров, фотоэлектрический эффект. Но такие явления, как интерференция, дифракция и поляризация, трудно объяснить с точки зрения квантовой теории. Они являются подтверждением волновых свойств света.

Свет имеет двойную волновую природу. Согласно современным представлениям, свет обладает свойствами как волн, так и частиц.

Присылайте задания в любое время дня и ночи в ➔

Официальный сайт Брильёновой Натальи Валерьевны преподавателя кафедры информатики и электроники Екатеринбургского государственного института.

Все авторские права на размещённые материалы сохранены за правообладателями этих материалов. Любое коммерческое и/или иное использование кроме предварительного ознакомления материалов сайта natalibrilenova.ru запрещено. Публикация и распространение размещённых материалов не преследует за собой коммерческой и/или любой другой выгоды.

Сайт предназначен для облегчения образовательного путешествия студентам очникам и заочникам по вопросам обучения . Наталья Брильёнова не предлагает и не оказывает товары и услуги.

Презентация к занятию по теме «Гипотеза Планка о квантах. Фотоэффект «

Гипотеза Планка о квантах. Фотоэффект

Гипотеза Планка о квантах. Фотоэффект

Акатова Галина Сергеевна, преподаватель Г(О)Б ПОУ «Задонский политехнический техникум»

Квантовая физика – раздел учения о свете, в котором изучается дискретный характер излучения, распространения и взаимодействия света с веществом, а также рассматривается корпускулярно-волновой дуализм

Квантовая физика –
раздел учения о свете, в котором изучается
дискретный характер излучения, распространения и взаимодействия света с веществом, а также рассматривается корпускулярно-волновой дуализм.

В конце XIX в. многие ученые считали, что развитие физики завершилось по следующим причинам: 1

В конце XIX в. многие ученые считали, что развитие физики завершилось по следующим причинам:
1. Больше 200 лет существуют законы механики, теория всемирного тяготения.
2. Разработана МКТ.
3. Подведен прочный фундамент под термодинамику.
4. Завершена максвелловская теория электромагнетизма.
5. Открыты фундаментальные законы сохранения (энергии, импульса момента импульса, массы и электрического заряда).

Завершение классической физики

В конце XIX — начале XX в. открыты:

В конце XIX — начале XX в. открыты:
X-лучи (рентгеновские лучи, В. Рентген),
явление радиоактивности (А. Беккерель),
Электрон (Дж. Томсон).
Однако классическая физика не сумела объяснить эти явления.
Теория относительности А. Эйнштейна потребовала коренного пересмотра понятии пространства и времени.
Специальные опыты подтвердили справедливость гипотезы Дж.Максвелла об электромагнитной природе света. Можно было предположить, что излучение электромагнитных волн нагретыми телами обусловлено колебательным движением электронов. Но это предположение нужно было подтвердить сопоставлением теоретических и экспериментальных данных.

Физические проблемы начала XX в.

Классическая теория теплового излучения расходилась с результатами опыта

Классическая теория теплового излучения расходилась с результатами опыта.
Тепловое излучение – электромагнитное излучение, испускаемое нагретыми телами за счет своей внутренней энергии.
Абсолютно черное тело – тело, поглощающее всю энергию падающего на него излучения любой частоты при произвольной температуре.

Согласно классической физики энергия теплового излучения черного тела зависит от температуры и длины волны.
Однако для больших частот (ультрафиолетовая область спектра) классическая физика резко расходится с экспериментом

Равновесное или черное излучение

Равновесное или черное излучение

В состоянии равновесия процессы испускания и поглощения энергии каждым телом в среднем компенсируют друг друга.
Следовательно: плотность энергии излучения достигает определенного значения, зависящего только от установившейся температуры тел.
Излучение, находящееся в термодинамическом равновесии с телами, имеющими определенную температуру, называется равновесным или черным излучением.
Основное свойство: плотность энергии равновесного излучения и его спектральный состав зависят только от температуры.

Абсолютно черное тело – мысленная модель тела полностью поглощающего электромагнитные волны любой длины (и, соответственно, излучающего все длины электромагнитных волн)

Абсолютно черное тело – мысленная модель тела полностью поглощающего электромагнитные волны любой длины (и, соответственно, излучающего все длины электромагнитных волн).

Модель абсолютно черного тела

Модель абсолютно черного тела –
небольшое отверстие в замкнутой полости

Проблема сводится к изучению спектрального состава излучения абсолютно черного тела. Решить эту проблему классическая физика оказалась не в состоянии.

Свойство:
при заданной температуре собственное тепловое излучение абсолютно черного тела, находящегося в состоянии теплового равновесия с излучением, должно иметь тот же спектральный состав, что и окружающее это тело равновесное излучение.

Следовательно: абсолютно черное тело при заданной температуре испускает с поверхности единичной площади в единицу времени больше лучистой энергии, чем любое другое тело

Следовательно: абсолютно черное тело при заданной температуре испускает с поверхности единичной площади в единицу времени больше лучистой энергии, чем любое другое тело.

Важнейшая закономерность теплового излучения:
Для установления равновесия в полости необходимо, чтобы каждое тело испускало ровно столько лучистой энергии, сколько оно и поглощает.

Абсолютно черное тело

Закон Стефана — Больцмана Австрийские физики

Закон Стефана — Больцмана

Австрийские физики И.Стефан и Л.Больцман экспериментально установили: полная энергия, излучаемая за 1 с абсолютно черным телом с единицы поверхности, пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры.
где  = 5,67.10-8 Дж/(м2.К.с) — постоянная Стефана-Больцмана.

Роль закона: закон Стефана — Больцмана позволил вычислить энергию излучения абсолютно черного тела по известной температуре.

Выдающийся немецкий физик Макс

Выдающийся немецкий физик Макс Планк в 1900 г. решил проблему спектрального распределения света, излучаемого нагретыми телами, перед которой классическая физика оказалась бессильной.

Квантовая гипотеза Планка

Квантовая гипотеза Планка Атомы испускают электромагнитную энергию отдельными порциями — квантами

Квантовая гипотеза Планка

Атомы испускают электромагнитную энергию
отдельными порциями — квантами.
Энергия Е каждой порции прямо пропорциональна частоте излучения:

h=6,63.10-34 Дж.с — постоянная Планка.

Иногда удобно измерять энергию и постоянную

Иногда удобно измерять энергию и постоянную Планка в электронвольтах.

Тогда h=4,136.10-15 эВ.с.
(1 эВ — энергия, которую приобретает элементарный заряд, проходя ускоряющую разность потенциалов 1 В.
1 эВ=1,6.10-19 Дж).
В атомной физике употребляется также величина

Эйнштейн, 1905г. Электромагнитное излучение имеет квантовый характер, распространяется и поглощается веществом в виде отдельных частиц электромагнитного поля – фотонов

Эйнштейн, 1905г.
Электромагнитное излучение имеет квантовый характер, распространяется и поглощается веществом в виде отдельных частиц электромагнитного поля – фотонов.
Свойства фотона:
Энергия фотона пропорциональна частоте электромагнитного излучения
Фотон- электрически нейтральная частица
Скорость фотона во всех системах отсчета равна скорости света в вакууме
Фотон не существует в состоянии покоя m = 0

Квантовая гипотеза Планка и излучение черного тела

Физика > Квантовая гипотеза Планка и излучение черного тела

Узнайте, в чем состоит гипотеза Планка о квантах – мощность, энергия и спектр излучения черного тела. Читайте, как выглядит постоянная и формула Планка.

Черное тело создает излучение. Планк описал его, предположив, что имеет дело с квантами.

Задача обучения

• Рассмотрите предположение Макса Планка, характеризующее лучи черного тела.

Основные пункты

• В тепловом балансе черное тело создает электромагнитные лучи.
• Излучение характеризуется определенным спектром и интенсивностью, основывающихся исключительно на температурном показателе тела.
• В 1901 году Макс Планк сумел точно описать излучение, предположив, что имеет дело с квантами.
• Его квантовая гипотеза стала новаторской работой.

Термины

• Постоянная Планка – квант действия в квантовой механике с единицей углового момента.
• Черное тело – идеализированный физический объект, поглощающий все поступающие электромагнитные лучи.
• Спектральное излучение – вычисление количества лучей, проходящих или созданных с поверхности и попавших в конкретный угол.

Давайте разберемся в чем состоит гипотеза Планка о квантах. При тепловом балансе черное тело выпускает электромагнитные лучи – излучение абсолютно черного тела. Отличается характерным непрерывающимся частотным спектром, основывающимся исключительно на температурном показателе тела. В 1901 году Макс План сумел точно охарактеризовать лучи, предположив, что столкнулся с квантами. Его квантовая гипотеза стала новаторской и первым шагом в появлении современной физики.

Объяснение характеристик излучения черного тела стало главным камнем преткновения для теоретической физики конца 19-го века. Основанные на классических теория прогнозы не могли объяснить спектры излучения черного тела, которые проявлялись в экспериментах. С проблемой разобрался Макс Планк в 1901 году, создав закон излучения черного тела. Он сказал, что электромагнитное излучение формируется в квантах. Формула квантовой гипотезы Планка записывалась как:

(B – спектральное излучение поверхности черного тела, T – его абсолютная температура, λ – длина волны излучения, k_B – постоянная Больцмана, h – постоянная Планка, c – световая скорость). Эта формула объясняет спектры черного тела. Квантовая гипотеза Планка – один из главных прорывов в современной физике. Неудивительно, что он впервые ввел постоянную Планка h = 6.626 × 10 -34 Дж⋅с.

Стандартный спектр черного тела при различных температурных показателях. По мере снижения температуры, пик кривой излучения смещается к более низким интенсивностям и длинным волнам. Черная линия – предсказание классической теории для объекта с 5000К. Здесь видно катастрофическое несоответствие при более коротких длинах волн

Теперь вы знаете, в чем заключается гипотеза Планка и как выглядит энергия и спектр излучения абсолютно черного тела. Отметьте, что спектральное излучение основывается на двух переменных: длина волны и температурный показатель. Излучение обладает определенным спектром и интенсивностью, основывающихся исключительно на температуре. Законы излучения черного тела Планка отлично характеризуют радиационные свойства объектов.