1. Introducere
Revoluția fizicii a coincis cu începutul secolului al XX-lea. Până la sfârșitul secolului al XIX-lea, oamenii de știință au crezut că construirea imaginii fizice a lumii este aproape completă, iar următoarea generație de oameni de știință va trebui să specifice doar numerele după virgule în constante fizice.
Lordul Kelvin (Figura 1): "Există un cer clar deasupra fizicii, toate legile fizicii sunt deja deschise, există doar doi nori".
Fig. 1. Lordul Kelvin
Kelvin a considerat că primul astfel de nor este propagarea undelor electromagnetice într-un vid cu o viteză constantă fără nici un mediu. Cinci ani mai târziu a apărut teoria relativității lui Einstein. Această teorie ne-a determinat să schimbăm ideea spațiului și a timpului în care trăim.
Cel de-al doilea nor, conform lui Kelvin, este spectrul de radiații al corpurilor încălzite. Dacă corpul are o temperatură ridicată, poate deveni o sursă de radiații vizibile. Dificultatea era că fizica teoretică nu putea explica spectrul de radiații al unui corp încălzit. La începutul secolului XX, această dificultate a fost depășită, sa explicat radiația termică a corpurilor încălzite, un nou domeniu al fizicii, mecanica cuantică, a ieșit din această explicație.
Oamenii de știință români Raleigh și Jeans au încercat să combine legile radiației termice într-una. Această lege a confirmat foarte bine datele experimentale, dar a corespuns doar părții medii a spectrului de emisie pentru razele galbene și verzi. Când a existat o schimbare spre razele albastre, violete și ultraviolete, această lege a fost încălcată.
Din legea Rayleigh-Jeans rezultă că, cu cât lungimea de undă este mai scurtă, cu atât intensitatea radiației termice este mai mare (Figura 2). Nimic de acest gen nu a fost observat experimental. Și odată cu trecerea la valuri scurte, intensitatea ar fi trebuit să fie în creștere și nelimitată, dar acest lucru nu se întâmplă.
Fig. 2. Legea Rayleigh-Jeans
Nu, și nu poate exista o creștere nelimitată a intensității valurilor. Dacă orice lege fizică duce la cuvântul "nelimitat" - este colapsul său.
Fizicienii au numit această situație a creat o catastrofă ultravioletă.
La sfârșitul secolului al XIX-lea, fizicienii nu au putut presupune că aceasta este o catastrofă care nu este o lege specială de radiații, ci o catastrofă a diviziunii fizicii clasice.
Din 1896, Max Planck (Figura 3) a devenit interesat de problemele legate de radiația termică a corpurilor. Orice corp care conține căldură emite radiații electromagnetice. Dacă corpul este suficient de fierbinte, atunci această radiație devine vizibilă.
Fig. 3. Max Planck
Când temperatura crește, corpul devine roșu-fierbinte, apoi devine galben-portocaliu și, eventual, alb (Figura 4-6).
Fig. 4. Culoarea radiației corpului negru
Fig. 5. Radiații de culoare negru
Fig. 6. Culoarea radiației corpului negru
Legile verificate în repetate rânduri ale electromagnetismului Maxwell nu sunt aplicabile undelor scurte. Acest lucru este surprinzător, deoarece aceste legi descriu perfect propagarea undelor radio de către antenă.
Pe baza acestor legi a fost prezisă existența undelor electromagnetice.
Electrodinamica lui Maxwell a dus la o concluzie inutilă: corpul încălzit ca urmare a emisiei constante de unde electromagnetice a trebuit să se răcească la zero.
Din punctul de vedere al fizicii clasice, echilibrul termic între materie și radiație nu poate exista. Experiența a arătat că un corp încălzit nu-și petrece toată energia pe radiația undelor electromagnetice.
În 1900 Max Planck a avansat o ipoteză cuantică.
Un corp încălzit emană și absoarbe lumina nu continuu, ci prin anumite porțiuni finite de cuante energetice (cuantice (din cuantele latine) - cantitatea).
Energia fiecărei porțiuni este direct proporțională cu frecvența radiațiilor.
Placa universală (h) este o cantitate constantă universală.
Energia cuanților de diferite culori are un înțeles diferit (figura 7).
Fig. 7. Energia cuanților
Energia fluxului luminos este determinată de frecvența radiațiilor și de numărul de quanta din flux.
Noua teorie a explicat datele experimentale.
Formula Max Planck permite determinarea diferitelor caracteristici ale cuantitelor studiului electromagnetic.
Rezolvăm problema (Fig.8-10):
Lungimea de undă maximă a părții vizibile a luminii corespunde culorii roșii (760 nm).
Fig. 9. Soluția problemei 1
înlocuind numerele din formula, obținem rezultatul:
Fig. 10. Soluția problemei 1
Să rezolvăm încă o problemă (figura 11-12):
Fig. 11. Sarcina 2
Fig. 12. Soluția problemei 2
Pentru a determina tipul la care trebuie atribuită radiația, este necesară o scală electromagnetică (Figura 13):
Fig. 13. Scala electromagnetică
Răspunsul este radiografia.
După descoperirea lui Planck, a început să se dezvolte o teorie fizică nouă și modernă, teoria cuantică. Dezvoltarea lui continuă chiar și acum.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: