Formula bară constantă. Esența fizică a scândurii constante. Folosind legile efectului fotoelectric

Sokolnikov Mihail Leonidovici,

Ahmetov Alexey Lirunovich

Fondul regional non-statal Sverdlovsk

promovarea dezvoltării științei, culturii și artei Patron al artelor

Rusia, Ekateriburg

Rezumat: Este prezentată legătura dintre constanta lui Planck și legea lui Wien și a treia lege a lui Kepler. S-a obţinut valoarea exactă a constantei lui Planck pentru starea lichidă sau solidă a materiei, egală cu

h = 4*10 -34 J*sec.

A fost derivată o formulă care combină patru constante fizice - viteza luminii - c, constanta Wien - b, constanta Planck - h și constanta Boltzmann - k

Cuvinte cheie: constanta lui Planck, constanta lui Wien, constanta lui Boltzmann, a treia lege a lui Kepler, mecanica cuantică

Fundația „Mecenas”
Sokolnikov M.L., Akhmetov A.L.

Ekaterinburg, Federația Rusă

E-mail: [email protected]
Rezumat: Legătura cu constanta Planck cu legea deplasării lui Wien și a treia lege a lui Kepler. Valoarea exactă a constantei lui Planck pentru starea lichidă sau solidă de agregare a materiei este egală cu

h = 4*10 -34 J*s.
Formula care combină patru constante fizice - viteza luminii - c,

Constanta de deplasare a lui Wien - in, constanta Planck - h și constanta Boltzmann - k

Cuvinte cheie: constanta Planck, constanta de deplasare a lui Wien, constanta Boltzmann, a treia lege a lui Kepler, mecanica cuantica

Această constantă fizică a fost declarată pentru prima dată de fizicianul german Max Planck în 1899. În acest articol vom încerca să răspundem la trei întrebări:

1. Care este semnificația fizică a constantei lui Planck?

2. Cum poate fi calculată din date experimentale reale?

3. Afirmația că energia poate fi transferată numai în anumite porțiuni – cuante – este legată de constanta lui Planck?

Introducere

Citind literatura științifică modernă, acordați involuntar atenție cât de complex și uneori vagi descriu autorii acest subiect. Prin urmare, în articolul meu voi încerca să explic situația în limba rusă simplă, fără a depăși nivelul formulelor școlare. Această poveste a început în a doua jumătate a secolului al XIX-lea, când oamenii de știință au început să studieze în detaliu procesele de radiație termică a corpurilor. Pentru a crește acuratețea măsurătorilor în aceste experimente, au fost folosite camere speciale, care au făcut posibilă aducerea coeficientului de absorbție a energiei mai aproape de unitate. Designul acestor camere este descris în detaliu în diverse surse și nu mă voi opri asupra acestui lucru, voi observa doar că pot fi realizate din aproape orice material. S-a dovedit că radiația de căldură este radiația undelor electromagnetice în domeniul infraroșu, adică. la frecvenţe puţin sub spectrul vizibil. În timpul experimentelor, s-a constatat că la orice temperatură specifică a corpului se observă un vârf al intensității maxime a acestei radiații în spectrul radiației IR a acestui corp. Odată cu creșterea temperaturii, acest vârf s-a deplasat către valuri mai scurte, de exemplu. în regiunea cu frecvențe mai înalte ale radiațiilor IR. Graficele acestui model sunt, de asemenea, disponibile în diverse surse și nu le voi desena. Al doilea model era deja cu adevărat surprinzător. S-a dovedit că diferite substanțe la aceeași temperatură au un vârf de radiație la aceeași frecvență. Situația necesita o explicație teoretică. Și apoi Planck propune o formulă care conectează energia și frecvența radiațiilor:

unde E este energia, f este frecvența radiației și h este o constantă, care mai târziu a fost numită după el. Planck a calculat și valoarea acestei cantități, care, conform calculelor sale, s-a dovedit a fi egală cu

h = 6,626*10-34 J*sec.

Cantitativ, această formulă nu descrie în întregime datele experimentale reale și mai departe veți vedea de ce, dar din punctul de vedere al unei explicații teoretice a situației, corespunde în totalitate realității, pe care o veți vedea și mai târziu.

Partea pregătitoare

În continuare, ne vom aminti câteva legi fizice care vor sta la baza raționamentului nostru ulterioară. Prima va fi formula pentru energia cinetică a unui corp care efectuează mișcare de rotație de-a lungul unei căi circulare sau eliptice. Arata cam asa:

acestea. produsul dintre masa corpului și pătratul vitezei cu care corpul se mișcă pe orbită. Viteza V se calculează folosind o formulă simplă:

unde T este perioada de revoluție, iar raza de rotație este luată ca R pentru mișcarea circulară, iar pentru o traiectorie eliptică, semiaxa majoră a elipsei traiectoriei. Pentru un atom al unei substanțe există o formulă care ne este foarte utilă, conectând temperatura cu energia atomului:

Aici t este temperatura în grade Kelvin și k este constanta lui Boltzmann, care este egală cu 1,3807*10 -23 J/K. Dacă luăm că temperatura este de un grad, atunci, în conformitate cu această formulă, energia unui atom va fi egală cu:

(2) E = 4140*10 -26 J

Mai mult, această energie va fi aceeași atât pentru un atom de plumb, cât și pentru un atom de aluminiu sau un atom al oricărui alt element chimic. Acesta este exact sensul conceptului „temperatură”. Din formula (1), care este valabilă pentru starea solidă și lichidă a materiei, este clar că egalitatea energiilor pentru diferiți atomi cu mase diferite la o temperatură de 1 grad se realizează numai prin modificarea valorii pătratului viteza, adică viteza cu care un atom se deplasează pe orbita sa circulară sau eliptică. Prin urmare, cunoscând energia unui atom la un grad și masa unui atom exprimată în kilograme, putem calcula cu ușurință viteza liniară a unui atom dat la orice temperatură. Să explicăm cum se face acest lucru cu un exemplu specific. Să luăm orice element chimic din tabelul periodic, de exemplu, molibdenul. Apoi, luați orice temperatură, de exemplu, 1000 de grade Kelvin. Cunoscând din formula (2) valoarea energiei unui atom la 1 grad, putem afla energia unui atom la temperatura pe care o luăm, i.e. înmulțiți această valoare cu 1000. Rezultă:

(3) Energia unui atom de molibden la 1000K = 4,14*10 -20 J

Acum să calculăm masa unui atom de molibden, exprimată în kilograme. Acest lucru se face folosind tabelul periodic. În celula fiecărui element chimic, lângă numărul său de serie, este indicată masa sa molară. Pentru molibden este 95,94. Rămâne să împărțiți acest număr la numărul lui Avogadro egal cu 6,022 * 10 23 și să înmulțiți rezultatul rezultat cu 10 -3, deoarece în tabelul periodic masa molară este indicată în grame. Se dovedește 15,93 * 10 -26 kg. Mai departe de formula

mV2 = 4,14*10-20 J

calculați viteza și obțineți

V = 510m/sec.

Acum este timpul să trecem la următoarea întrebare a materialului pregătitor. Să ne amintim un astfel de concept ca momentul unghiular. Acest concept a fost introdus pentru corpurile care se mișcă în cerc. Puteți folosi un exemplu simplu: luați un tub scurt, treceți un șnur prin el, legați o greutate de masă m de șnur și, ținând cablul cu o mână, învârtiți încărcătura deasupra capului cu cealaltă mână. Înmulțind valoarea vitezei de mișcare a sarcinii cu masa și raza de rotație a acesteia, obținem valoarea momentului unghiular, care este de obicei notat cu litera L. Adică.

Tragând cablul în jos prin tub, vom reduce raza de rotație. În același timp, viteza de rotație a încărcăturii va crește, iar energia cinetică a acesteia va crește cu cantitatea de muncă pe care o faceți trăgând de cablu pentru a reduce raza. Cu toate acestea, înmulțind masa încărcăturii cu noile valori ale vitezei și razei, obținem aceeași valoare pe care am obținut-o înainte de a reduce raza de rotație. Aceasta este legea conservării impulsului. În secolul al XVII-lea, Kepler a demonstrat în a doua sa lege că această lege este respectată și pentru sateliții care se mișcă în jurul planetelor pe orbite eliptice. Când se apropie de planetă, viteza satelitului crește, iar când se îndepărtează de ea scade. În acest caz, produsul mVR rămâne neschimbat. Același lucru este valabil și pentru planetele care se mișcă în jurul Soarelui. Pe parcurs, să ne amintim de a treia lege a lui Kepler. Puteți întreba - de ce? Apoi, în acest articol veți vedea ceva despre care nu este scris în nicio sursă științifică - formula celei de-a treia legi a mișcării planetare a lui Kepler în microcosmos. Și acum despre esența acestei a treia legi. În interpretarea oficială, sună destul de ornamentat: „pătratele perioadelor de revoluție ale planetelor din jurul Soarelui sunt proporționale cu cuburile semi-axelor majore ale orbitelor lor eliptice”. Fiecare planetă are doi parametri personali - distanța până la Soare și timpul în care face o revoluție completă în jurul Soarelui, adică. perioada de circulatie. Deci, dacă distanța este cubă, iar rezultatul rezultat este împărțit la pătratul perioadei, veți obține un fel de valoare, să o notăm cu litera C. Și dacă efectuați operațiile matematice de mai sus cu parametrii oricărei alte planetă, veți obține aceeași magnitudine - C. Ceva mai târziu, pe baza celei de-a treia legi a lui Kepler, Newton a dedus Legea gravitației universale, iar încă 100 de ani mai târziu, Cavendish a calculat adevărata valoare a constantei gravitaționale - G. Și numai după că a devenit clar adevăratul sens al acestei constante - C. S-a dovedit că aceasta este o valoare criptată a masei Soarelui, exprimată în unități de lungime cub împărțite la pătrat de timp. Mai simplu spus, cunoscând distanța planetei la Soare și perioada sa de revoluție, puteți calcula masa Soarelui. Sarind peste transformările matematice simple, vă voi informa că factorul de conversie este egal cu

Prin urmare, formula este valabilă, al cărei analog îl vom întâlni mai târziu:

(4) 4π 2 R 3 /T 2 G = M soare (kg)

Parte principală

Acum puteți trece la lucrul principal. Să ne uităm la dimensiunea constantei lui Planck. Din cărțile de referință vedem că valoarea constantei lui Planck

h = 6,626*10-34 J*sec.

Pentru cei care au uitat de fizică, permiteți-mi să vă reamintesc că această dimensiune este echivalentă cu dimensiunea

kg*metru 2 /sec.

Aceasta este dimensiunea momentului unghiular

Acum să luăm formula pentru energia atomică

și formula lui Planck

Pentru un atom al oricărei substanțe la o anumită temperatură, valorile acestor energii trebuie să coincidă. Avand in vedere ca frecventa este inversa perioadei de radiatie, i.e.

si viteza

unde R este raza de rotație a atomului, putem scrie:

m4π 2 R 2 /T 2 = h/T.

De aici vedem că constanta lui Planck nu este momentul unghiular în forma sa pură, ci diferă de ea cu un factor de 2π. Deci i-am determinat adevărata esență. Rămâne doar să-l calculezi. Înainte de a începe să calculăm noi înșine, să vedem cum o fac alții. Privind lucrările de laborator pe această temă, vom vedea că în majoritatea cazurilor constanta lui Planck este calculată din formulele efectului fotoelectric. Dar legile efectului fotoelectric au fost descoperite mult mai târziu decât Planck și-a derivat constanta. Prin urmare, să căutăm o altă lege. El este. Aceasta este legea lui Wien, descoperită în 1893. Esența acestei legi este simplă. După cum am spus deja, la o anumită temperatură, un corp încălzit are un vârf în intensitatea radiației IR la o anumită frecvență. Deci, dacă înmulțiți valoarea temperaturii cu valoarea undei de radiație IR corespunzătoare acestui vârf, veți obține o anumită valoare. Dacă luăm o temperatură diferită a corpului, atunci vârful de radiație va corespunde unei lungimi de undă diferite. Dar aici, la înmulțirea acestor cantități, se va obține același rezultat. Wien a calculat această constantă și și-a exprimat legea sub formă de formulă:

(5) λt = 2,898*10 -3 m*grad K

Aici λ este lungimea de undă a radiației IR în metri și t este valoarea temperaturii în grade Kelvin. Această lege poate fi echivalată în semnificația sa cu legile lui Kepler. Acum, privind un corp încălzit printr-un spectroscop și determinând lungimea de undă la care este observat vârful radiației, puteți utiliza formula legii lui Wien pentru a determina de la distanță temperatura corpului. Toate pirometrele și camerele termice funcționează pe acest principiu. Deși nu este atât de simplu. Vârful de emisie arată că majoritatea atomilor dintr-un corp încălzit emit exact această lungime de undă, adică. au exact aceasta temperatura. Iar radiația din dreapta și din stânga vârfului arată că corpul conține atât atomi „subîncălziți”, cât și „supraîncălziți”. În condiții reale, există chiar mai multe „cocoașe” de radiații. Prin urmare, pirometrele moderne măsoară intensitatea radiației în mai multe puncte din spectru, iar apoi rezultatele obținute sunt integrate, ceea ce face posibilă obținerea celor mai precise rezultate. Dar să revenim la întrebările noastre. Știind, pe de o parte, că din formula (1) temperatura corespunde energiei cinetice a unui atom printr-un coeficient constant 3k, iar pe de altă parte, produsul temperaturii și lungimii de undă din legea lui Wien este de asemenea o constantă, descompunând pătratul vitezei din formula pentru energia cinetică a unui atom în factori, putem scrie:

m4π 2 R 2 λ/T 2 = constant.

În jumătatea stângă a ecuației, m este o constantă, ceea ce înseamnă că totul se află în partea stângă

4π 2 R 2 λ/T 2 – constantă.

Acum compară această expresie cu formula celei de-a treia legi a lui Kepler (4). Aici, desigur, nu vorbim despre sarcina gravitațională a Soarelui, totuși, această expresie codifică valoarea unei anumite sarcini, a cărei esență și proprietăți sunt foarte interesante. Dar acest subiect merită un articol separat, așa că îl vom continua pe al nostru. Să calculăm valoarea constantei lui Planck folosind exemplul atomului de molibden, pe care l-am luat deja ca exemplu. După cum am stabilit deja, formula constantei lui Planck

Anterior, am calculat deja masa unui atom de molibden și viteza de mișcare a acestuia de-a lungul traiectoriei sale. Tot ce trebuie să facem este să calculăm raza de rotație. Cum să o facă? Legea lui Wien ne va ajuta aici. Cunoscând valoarea temperaturii molibdenului = 1000 de grade, putem calcula cu ușurință lungimea de undă λ care va fi obținută folosind formula (5)

λ = 2,898*10 -6 m.

Știind că undele infraroșii se propagă în spațiu cu viteza luminii - c, folosim o formulă simplă

Să calculăm frecvența de emisie a unui atom de molibden la o temperatură de 1000 de grade. Și această perioadă se va dovedi

T = 0,00966 *10 -12 sec.

Dar aceasta este exact frecvența pe care atomul de molibden o generează în timp ce se deplasează de-a lungul orbitei sale de rotație. Anterior, am calculat deja viteza acestei mișcări V = 510 m/sec, iar acum cunoaștem și frecvența de rotație T. Tot ce rămâne este dintr-o formulă simplă

calculați raza de rotație R. Se dovedește

R = 0,7845*10-12 m.

Și acum tot ce trebuie să facem este să calculăm valoarea constantei lui Planck, adică. Înmulțiți valorile

masa atomică (15,93*10 -26 kg),

viteza (510m/sec),

raza de rotatie (0,7845*10 -12 m)

și de două ori valoarea lui pi. Primim

4*10 -34 j*sec.

Stop! În orice carte de referință veți găsi sensul

6.626*10 -34 j*sec!

Cine are dreptate? Folosind metoda indicată, puteți calcula singuri valoarea constantei lui Planck pentru atomii oricăror elemente chimice la orice temperatură care nu depășește temperatura de evaporare. În toate cazurile valoarea obţinută este exactă

4*10 -34 j*sec,

6,626*10 -34 j*sec.

Dar. Cel mai bine este ca Planck însuși să răspundă la această întrebare. Să intrăm în formula lui

Să înlocuim valoarea noastră cu constanta ei și am calculat frecvența radiației la 1000 de grade pe baza legii lui Wien, care a fost retestată de sute de ori și a rezistat tuturor testelor experimentale. Avand in vedere ca frecventa este reciproca perioadei, i.e.

Să calculăm energia unui atom de molibden la 1000 de grade. Primim

4*10 -34 /0,00966*10 -12 = 4,14*10 -20 J.

Acum să comparăm rezultatul obținut cu altul obținut folosind o formulă independentă, a cărei fiabilitate este fără îndoială (3). Aceste rezultate sunt consistente, ceea ce este cea mai bună dovadă. Și vom răspunde la ultima întrebare - formula lui Planck conține dovezi de nerefuzat că energia este transferată doar de cuante? Uneori citiți o astfel de explicație în surse serioase - vedeți, la o frecvență de 1 Hz avem o anumită valoare energetică, iar la o frecvență de 2 Hz va fi un multiplu al constantei lui Planck. Acesta este cuantic. Domnilor! Valoarea frecvenței poate fi 0,15 Hz, 2,25 Hz sau orice alta. Frecvența este o funcție inversă a lungimii de undă și pentru radiația electromagnetică este legată de viteza luminii, ca

Graficul acestei funcții nu permite nicio cuantizare. Și acum despre quanta în general. În fizică, există legi exprimate în formule care conțin numere întregi indivizibile. De exemplu, echivalentul electrochimic este calculat folosind formula atom masa/k, unde k este un număr întreg egal cu valența elementului chimic. Numerele întregi sunt prezente și la conectarea condensatoarelor în paralel la calcularea capacității totale a sistemului. La fel este și cu energia. Cel mai simplu exemplu este tranziția unei substanțe într-o stare gazoasă, unde o cuantă este prezentă în mod clar sub forma numărului 2. Seria Balmer și alte câteva relații sunt, de asemenea, interesante. Dar asta nu are nimic de-a face cu formula lui Planck. Apropo, Planck însuși era de aceeași părere.

Concluzie

Dacă descoperirea legii lui Wien poate fi comparată în semnificație cu legile lui Kepler, atunci descoperirea lui Planck poate fi comparată cu descoperirea Legii gravitației universale. El a transformat constanta Wien fără chip într-o constantă care are atât dimensiune, cât și semnificație fizică. După ce a demonstrat că în stare lichidă sau solidă a materiei, momentul unghiular este conservat pentru atomii oricărui element la orice temperatură, Planck a făcut o mare descoperire care ne-a permis să aruncăm o nouă privire asupra lumii fizice din jurul nostru. În concluzie, voi da o formulă interesantă derivată din cele de mai sus și care combină patru constante fizice - viteza luminii - c, constanta Wien - b, constanta Planck - h și constanta Boltzmann - k.

Schimbare din 19.11.2011 - (animație adăugată)

Este necesar să ne amintim că în modelul „Fizicii logice” de Rod Johnson vedem următoarele:

Nu există „particule solide”, există doar grupări de energie.
fiecare dimensiune cuantică poate fi explicată geometric ca o formă de câmpuri energetice structurate, care se intersectează.
atomii sunt forme de energie contrarotativă sub formă de Solide platonice, și anume contrarotație octaedru și tetraedru. Mai mult, fiecărei forme de vibrație/pulsare îi corespunde o anumită densitate de bază a eterului.
în întregul Univers, toate nivelurile de densitate sau dimensiuni sunt structurate din două niveluri primare de eter, interacționând continuu unul cu celălalt.

Conform modelului lui Johnson, există un , care se intersectează continuu cu realitatea noastră în fiecare atom, la cel mai mic nivel. Fiecare atom are o geometrie în realitatea noastră și o geometrie opusă, inversă, într-o realitate paralelă. Cele două geometrii se rotesc în direcții opuse una în cealaltă. Fiecare etapă a acestui proces te duce prin.

Cu toate acestea, din moment ce oamenii de știință tradiționali nu vizualizaseră încă Solidele platonice imbricate unele în altele, împărtășind o axă comună și capabile să se rotească în direcții opuse, ei au pierdut imaginea realității cuantice.

Majoritatea oamenilor știu deja că radiația termică și lumina sunt create de ceva foarte simplu - mișcarea exploziilor de energie electromagnetică cunoscută sub numele de „fotoni”.

Cu toate acestea, până în 1900, se credea că lumina și căldura nu se mișcau sub formă de unități discrete de „fotoni”, ci mai degrabă lin, fluid și inextricabil. Fizicianul Max Planck a fost primul care a descoperit că la cel mai mic nivel, lumina și căldura se mișcă în „pulsații” sau „pachete” de energie care măsoară 10 -32 cm (față de această dimensiune, nucleul atomic ar fi de dimensiunea unei planete! )

Interesant este că cu cât oscilația este mai rapidă, cu atât pachetele sunt mai mari și, în consecință, cu cât oscilația este mai lentă, cu atât pachetele sunt mai mici.

Planck a descoperit că relația dintre viteza de oscilație și dimensiunea pachetului rămâne întotdeauna constantă, indiferent de modul în care le măsurați. Relația constantă dintre viteza de balansare și dimensiunea pachetului este cunoscută sub numele de Legea distribuției lui Wein.

Planck a descoperit un singur număr care exprimă acest raport. Acum este cunoscută sub numele de „Constanta lui Planck”.

Un articol de Caroline Hartman (numărul din decembrie 2001 al revistei Science and Technology of the 21st Century) este dedicat exclusiv descoperirilor lui Max Planck. Ea dezvăluie că puzzle-ul creat de descoperirile sale rămâne nerezolvat:

„Astăzi, pentru a obține o perspectivă mai profundă asupra structurii atomului, este de datoria noastră să continuăm cercetările unor oameni de știință precum Curie, Lise Meitner și Otto Hahn.
Dar întrebările fundamentale: Ce cauzează mișcarea electronilor, dacă respectă anumite legi geometrice și de ce unele elemente sunt mai stabile decât altele, nu au încă răspunsuri și așteaptă noi ipoteze și idei avansate.”

În această notă putem vedea deja răspunsul la întrebarea lui Hartman. După cum am spus, descoperirile lui Planck au fost făcute ca urmare a studiului radiațiilor termice. Paragraful introductiv din articolul lui Caroline Hartman este o descriere perfectă a realizărilor sale:

„În urmă cu o sută de ani, la 14 decembrie 1900, fizicianul Max Planck (1858-1947) a anunțat descoperirea unei noi formule de radiație care ar putea descrie toate tiparele observate atunci când materia este încălzită, când începe să emită căldură de diferite culori.
Mai mult, noua formulă s-a bazat pe o ipoteză importantă - energia radiației nu este constantă, radiația apare doar în pachete de o anumită dimensiune.
Dificultatea este cum să faci ipoteza din spatele „formulei” de înțeles fizic. Ce se înțelege prin „pachete de energie” care nici măcar nu sunt constante, dar se modifică proporțional cu frecvența oscilației (Legea distribuției lui Wein)?”

Puțin mai târziu, Hartman continuă:

„Planck știa că ori de câte ori întâlniți o problemă aparent insolubilă în Natură, trebuie să existe modele mai complexe care stau la baza acesteia; cu alte cuvinte, trebuie să existe o „geometrie a Universului” diferită decât se credea anterior.
De exemplu, Planck a insistat întotdeauna că fiabilitatea ecuațiilor lui Maxwell ar trebui reconsiderată deoarece fizica ajunsese într-un stadiu de dezvoltare în care așa-numitele „legi ale fizicii” nu mai erau universale.

Miezul lucrării lui Planck poate fi exprimat într-o ecuație simplă care descrie modul în care materia radiativă eliberează energie în „pachete” sau explozii.

Această ecuație E = hv, Unde E este energia finală măsurată, v– frecvența de vibrație a energiei de eliberare a radiației și h– cunoscută sub numele de „Constanta lui Planck”, care reglează „fluxul” între vȘi E.

Constanta lui Planck este 6,626 . Este o expresie abstractă deoarece exprimă o relație pură între două mărimi și nu trebuie să fie atribuită unei alte categorii de măsurare specifice, în afară de aceasta.

Planck nu a descoperit această constantă prin minune, ci mai degrabă a dedus-o cu minuțiozitate prin studiul multor tipuri diferite de radiații termice.

Acesta este primul mister major pe care Johnson l-a clarificat în cercetările sale. El își amintește că sistemul de coordonate carteziene (dreptunghiular) este folosit pentru a măsura constanta lui Planck.

Acest sistem este numit după creatorul său Rene Descartes și înseamnă că cuburile sunt folosite pentru a măsura spațiul tridimensional.

A devenit atât de banal încât majoritatea oamenilor de știință nici măcar nu îl consideră ceva neobișnuit - doar lungimea, lățimea și înălțimea.

Experimente precum cele ale lui Planck folosesc un cub mic pentru a măsura energia care se mișcă printr-o anumită regiune a spațiului. În sistemul de măsurare Planck, de dragul simplității, acestui cub i s-a atribuit în mod natural un volum de „unitate”.

Cu toate acestea, când Planck și-a scris constanta, nu a vrut să aibă de-a face cu un număr zecimal, așa că a deplasat volumul cubului la 10. Aceasta a făcut constanta egală 6,626 în loc de 0,6626 .

Ceea ce era cu adevărat important a fost relația dintre ceva din interiorul cubului (6.626) și cubul în sine (10).

Nu contează dacă alocați cubului un volum de unu, zece sau orice alt număr, deoarece raportul rămâne întotdeauna constant. După cum am spus, Planck a dezvăluit natura constantă a acestei relații doar prin experimente meticuloase de-a lungul multor ani.

Amintiți-vă că, în funcție de dimensiunea pungii pe care o eliberați, va trebui să o măsurați folosind un cub de dimensiuni diferite.

Și totuși, orice se află în interiorul cubului va avea întotdeauna 6.626 unități de volum cub dacă cubul în sine are un volum de 10 unități, indiferent de dimensiunile implicate.

Chiar acum ar trebui remarcat - amploarea 6,626 foarte aproape de 6,666 , care este exact 2/3 din 10. Prin urmare, ar trebui să se întrebe: „De ce sunt atât de importante? 2/3 ?”

Pe baza unor principii geometrice măsurabile simple explicate de Fuller și alții, știm că dacă un tetraedru ar fi plasat perfect în interiorul unei sfere, ar umple exact 1/3 din volumul total al sferei. Adică 3,333 din 10.

De fapt un foton este format din două tetraedre unite între ele, ceea ce vedem în figură.

Volumul total (energia) care se deplasează prin cub va fi exact 2/3 (6,666) din volumul total al cubului, căruia Planck i-a atribuit numărul 10.

Buckminster Fuller a fost primul care a descoperit că un foton este compus din două tetraedre. El a anunțat acest lucru lumii în 1969 la Planificarea planetei, după care a fost complet uitat.

Se creează o mică diferență de 0,040 între raportul „net” 6,666 sau 2/3 și constanta lui Planck de 6,626 capacitate specifica de vid, care absoarbe ceva energie.

Capacitatea specifică a unui vid poate fi calculată cu precizie folosind ceea ce este cunoscut sub numele de ecuația Coulomb.

În termeni mai simpli, energia eterică a „vidului fizic” va absorbi o cantitate mică din orice energie care trece prin ea.

Prin urmare, de îndată ce luăm în considerare ecuația lui Coulomb, numerele funcționează perfect. Mai mult, dacă măsurăm spațiul folosind coordonatele tetraedrice în loc de cele cubice, nu este nevoie de ecuația lui Planck E = hv. În acest caz, energia va fi măsurată în mod egal de ambele părți ale ecuației, adică E (energia) va fi egală cu v (frecvența) și nu este nevoie de o „constantă” între ele.

„Ondulurile” de energie demonstrate de constanta lui Planck sunt cunoscute de fizicienii cuantici drept „fotoni”. De obicei ne gândim la „fotoni” ca purtători de lumină, dar aceasta este doar una dintre funcțiile lor.

Ceea ce este mai important este că Când atomii absorb sau eliberează energie, aceasta este transferată sub formă de „fotoni”.

Cercetători precum Milo Wolf ne amintesc că singurul lucru pe care îl știm sigur despre termenul „foton” este că este impuls care trece prin câmpul eter/energetic al punctului zero.

Acum putem vedea că această informație conține o componentă geometrică, ceea ce sugerează că atomii trebuie să aibă și ei aceeași geometrie.

O altă anomalie descoperită care demonstrează prezența geometriei la nivel cuantic este Teorema de neuniformitate a lui Bell.

În acest caz, doi fotoni sunt eliberați în direcții opuse. Fiecare foton este emis dintr-o structură atomică excitată separată. Ambele structuri atomice sunt formate din atomi identici și ambele se descompun în aceeași viteză.

Acest lucru permite ca doi fotoni „pereche” cu aceleași calități energetice să fie eliberați simultan în direcții opuse. Ambii fotoni trec apoi prin filtre polarizante, cum ar fi oglinzile, care teoretic ar trebui să schimbe direcția de deplasare.

Dacă o oglindă este poziționată la un unghi de 45 o și cealaltă la un unghi de 30 o, ar fi firesc să ne așteptăm ca rotațiile unghiulare ale fotonilor să fie diferite.

Totuși, când a fost efectuat acest experiment, în ciuda diferenței de unghiuri ale oglinzilor, fotonii au făcut simultan aceeași rotație unghiulară!

Gradul de acuratețe al experimentului este uluitor, așa cum este descris în cartea lui Milo Wolf:

„În cel mai recent experiment al lui Elaine Aspect, pentru a elimina complet orice posibilitate de influențe locale de la un detector la altul, Dalibard și Roger au folosit comutatoare acustic-optice la o frecvență de 50 MHz, schimbând seturi de polarizatoare în timpul zborului fotonilor. .

Teorema lui Bell și rezultatele experimentului indică faptul că părți ale Universului sunt conectate între ele la un anumit nivel intern (adică nu este evident pentru noi), iar aceste conexiuni sunt fundamentale (teoria cuantică este fundamentală).

Cum le putem înțelege? Și deși problema a fost analizată foarte profund (Wheeler și Zurek, 1983; d'Espagnat, 1983; Herbert, 1985; Stap, 1982; Bohm și Healy, 1984; Pagels, 1982; și alții), o soluție nu a fost găsită. .

Autorii tind să fie de acord cu următoarea descriere a conexiunilor nelocale:
1. Ele conectează evenimente în locuri separate fără câmpuri sau materie cunoscute.
2. Nu slăbesc cu distanța; fie el un milion de kilometri sau un centimetru.
3. Par să călătorească mai repede decât viteza luminii.”

Fără îndoială, în cadrul științei, acesta este un fenomen foarte derutant.

Teorema lui Bell afirmă că „fotonii” perechi energetic sunt de fapt ținuți împreună de o singură forță geometrică, și anume tetraedrul, care continuă să se extindă (devine mai mare) pe măsură ce fotonii se separă.

Pe măsură ce geometria dintre ele se extinde, fotonii vor continua să mențină aceeași poziție de fază unghiulară unul față de celălalt.

Următorul punct de studiu este unda electromagnetică în sine.

După cum știu majoritatea oamenilor, o undă electromagnetică are două componente - o undă electrostatică și o undă magnetică - care se mișcă împreună. Interesant este că cele două valuri sunt întotdeauna perpendiculare una pe cealaltă.

Pentru a vizualiza ceea ce se întâmplă, Johnson cere să ia două creioane de aceeași lungime și să le așeze perpendicular unul pe celălalt; iar distanța dintre ele ar trebui să fie egală cu lungimea creionului:

Acum putem conecta fiecare capăt al creionului de sus la fiecare capăt al creionului de jos. Făcând acest lucru, obținem un obiect cu patru fețe format din triunghiuri echilaterale între două creioane, adică un tetraedru.

Același proces se poate face cu o undă electromagnetică luând înălțimea totală a undei electrostatice sau magnetice (care au aceeași înălțime sau amplitudine) ca lungimea fundamentală, ca și creioanele din imagine.

În figura de mai jos puteți vedea că dacă conectăm liniile folosind același proces, unda electromagnetică copiază de fapt tetraedrul „ascuns” (potențial):

Este important să menționăm aici că acest secret a fost descoperit în mod repetat de diverși gânditori doar pentru a fi uitat din nou de știință.

Lucrările lui Tom Bearden au arătat în mod concludent că James Clerk Maxwell știa acest lucru atunci când a scris ecuațiile sale complexe „cuaternioane”.

Tetraedrul ascuns este observat și de Walter Russell, iar mai târziu de Buckminster Fuller. În timp ce își făcea descoperirile, Johnson nu era conștient de descoperirile anterioare.

Următorul punct de luat în considerare este a învârti*. De mulți ani, fizicienii știu că particulele energetice „se învârt” atunci când se mișcă.
* spin (spin, - rotație), momentul real al impulsului unei microparticule, care are o natură cuantică și nu este asociat cu mișcarea particulei în ansamblu; măsurată în unități ale constantei lui Planck și poate fi un număr întreg (0, 1, 2,...) sau un număr întreg (1/2, 3/2,...)

De exemplu, se pare că, în timp ce se deplasează într-un atom, „electronii” fac în mod continuu învârtiri ascuțite de 180 o sau „jumătate de rotiri”.

Se observă adesea că „quarcurile” suferă rotații „1/3” sau „2/3” în timp ce se mișcă, ceea ce i-a permis lui Gell-Mann să-și organizeze mișcările în tetraedre sau alte geometrii.

Niciunul dintre reprezentanții științei tradiționale nu a oferit o explicație adecvată a motivului pentru care se întâmplă acest lucru.

Modelul lui Johnson arată că „spinul” de 180 o al norilor de electroni este creat de mișcarea octaedrului.

Este important de realizat că mișcarea de 180 o rezultă de fapt din două rotații de 90 o ale fiecărui octaedru.

Pentru a rămâne în aceeași poziție în matricea geometriei care îl înconjoară, octaedrul trebuie să se „întoarcă înapoi”, adică 180 o.

Tetraedrul, pentru a rămâne în aceeași poziție, trebuie să efectueze fie 120 o (1/3 spin) fie 240 o (2/3 spin) de rotație. Același proces explică misterul mișcării spiralate a undelor de torsiune. Oriunde te-ai afla în Univers, chiar și „în vid”, eterul va pulsa întotdeauna în aceste forme geometrice, formând o matrice.

Prin urmare, orice impuls de moment care se mișcă în eter va trece de-a lungul marginilor „cristalelor lichide” geometrice din eter.

Prin urmare, mișcarea în spirală a unei unde de torsiune este creată de geometria simplă prin care trebuie să treacă unda în timp ce se deplasează.

STRUCTURA FINĂ CONSTANTĂ

Constanta de structură fină este mai greu de vizualizat decât constantele anterioare.

Am inclus această secțiune pentru cei care ar dori să vadă cât de departe merge modelul „matrice”. Constanta structurii fine este un alt aspect al fizicii cuantice despre care unii oameni de știință nu au auzit nici măcar, poate pentru că este complet inexplicabilă pentru cei care tind să creadă în modele bazate pe particule.

Gândiți-vă la norul de electroni ca fiind ca o minge de cauciuc flexibilă și de fiecare dată când un „foton” de energie este absorbit sau eliberat (cunoscut sub numele de pereche), norul se întinde și se îndoaie ca și cum ar tremura.

Norul de electroni va „lovi” întotdeauna într-o proporție fixă, precisă, cu dimensiunea fotonului.

Aceasta înseamnă că fotonii mai mari vor avea „impacturi” mai mari asupra norului de electroni, în timp ce fotonii mai mici vor avea „impacturi” mai mici asupra noului de electroni. Acest raport rămâne constant indiferent de unitățile de măsură.

La fel ca constanta lui Planck, constanta cu structură fină este un alt număr „abstract”. Aceasta înseamnă că vom obține aceeași proporție, indiferent în ce unități o măsurăm.

Această constantă a fost studiată continuu prin analiză spectroscopică și în cartea sa Ciudată teorie a luminii și a materiei fizicianul Richard P. Feynman a explicat acest mister. (Trebuie amintit că cuvântul „împerechere” înseamnă unirea sau separarea unui foton și a unui electron.)

„Există o întrebare foarte profundă și frumoasă legată de constanta de împerechere observată e, - amplitudinea unui electron real de a emite sau de a absorbi un foton real. Acest număr simplu determinat experimental este aproape de 0,08542455 .
Fizicienii preferă să-și amintească acest număr ca fiind inversul pătratului său - aproximativ 137,03597 cu ultimele două zecimale incerte.
Rămâne un mister astăzi, deși a fost descoperit acum mai bine de 50 de ani.
Ați dori imediat să știți de unde provine numărul de împerechere: are legătură cu acesta π sau poate cu baza de logaritmi naturali?
Nimeni nu știe acest lucru, acesta este unul dintre cele mai mari mistere ale fizicii - un număr magic care a ajuns la noi și nu este de înțeles de oameni.
Știm ce tip de dans ar trebui practicat pentru a măsura acest număr foarte precis, dar nu știm ce tip de dans ar trebui să fie executat pe computer pentru a obține acest număr fără a-l face secret.”

În modelul lui Johnson, problema constantei structurii fine are o soluție academică foarte simplă.

După cum am spus, fotonul se mișcă de-a lungul a două tetraedre conectate împreună, iar forța electrostatică din interiorul atomului este susținută de octaedru.

Obținem constanta de structură fină prin simpla comparare a volumelor unui tetraedru și ale unui octaedru în timpul ciocnirii lor. Tot ce facem este se împarte volumul tetraedrului înscris în sferă la volumul octaedrului înscris în sferă. Obținem constanta structurii fine ca diferență între ele. Pentru a arăta cum se face acest lucru necesită câteva explicații suplimentare.

Deoarece un tetraedru este complet triunghiular, indiferent de modul în care este rotit, cele trei vârfuri ale oricăreia dintre fețele sale vor împărți cercul în trei părți egale de 120 o fiecare.

Prin urmare, pentru a aduce tetraedrul în echilibru cu geometria matricei care îl înconjoară, trebuie doar să îl rotiți cu 120 o astfel încât să ajungă în aceeași poziție ca înainte.

Acest lucru este ușor de văzut dacă vizualizați o mașină cu roți triunghiulare și doriți să se miște astfel încât roțile să arate ca înainte. Pentru a face acest lucru, fiecare roată triunghiulară trebuie să se rotească exact 120 o.

În cazul unui octaedru, pentru a restabili echilibrul, acesta trebuie întotdeauna răsturnat „cu susul în jos” sau 180 o.

Dacă ți-a plăcut analogia cu mașina, atunci roțile ar trebui să aibă forma unui diamant clasic.

Pentru ca diamantul să arate la fel ca la început, va trebui să îl întorci cu susul în jos, adică 180 o.

Următorul citat de la Johnson explică constanta structurii fine pe baza acestor informații:

„(Dacă considerați câmpul electric static ca un octaedru și câmpul magnetic dinamic ca un tetraedru, atunci raportul geometric (între ele) este 180:120.

Dacă le considerați ca fiind sfere cu volume exprimate în radiani, pur și simplu împărțiți volumele între ele și veți obține o constantă cu granulație fină.”

Termenul „volum în radiani” înseamnă că calculați volumul unui obiect în funcție de raza acestuia, care este jumătate din lățimea obiectului.

Interesant: după ce Johnson a arătat că constanta structurii fine poate fi gândită ca relația dintre un octaedru și un tetraedru, ca energie care se mișcă de la unul la altul, Jerry Iuliano a descoperit că poate fi considerată ca energia „reziduală” care apare. când stoarcem sfera într-un cub sau extindem cubul într-o sferă!

Astfel de modificări de expansiune și contracție între două obiecte sunt cunoscute sub denumirea de „teselare”, iar calculele lui Iuliano nu sunt greu de realizat, doar că nimeni nu se gândise să o facă înainte.

În calculele lui Iuliano, volumul celor două obiecte nu se modifică; Atât cubul, cât și sfera au volum 8π·π 2 .

Dacă le comparăm între ele, singura diferență este cantitatea de suprafață. Suprafața suplimentară dintre cub și sferă este egală cu constanta de structură fină.

Vă întrebați: „Cum poate o constantă de structură fină să fie atât relația dintre un octaedru și un tetraedru, cât și relația dintre un cub și o sferă?”

Acesta este un alt aspect al magiei „simetriei” la locul de muncă, în care vedem că diferitele forme geometrice pot avea aceleași proprietăți, deoarece toate se cuibăresc unele în altele cu relații perfecte armonioase.

Părerile lui Johnson și Iuliano demonstrează că avem de-a face cu munca energiei structurate geometric în atom.

De asemenea, este important să ne amintim că descoperirile lui Iuliano demonstrează geometria clasică a „pătratării cercului”.

Această poziție a fost mult timp un element central în tradițiile ezoterice ale „geometriei sacre”, deoarece se credea că arată echilibrul dintre lumea fizică, reprezentată de pătrat sau cub, și lumea spirituală, reprezentată de cerc sau sferă.

Și acum putem vedea că acesta este un alt exemplu de „cunoaștere ascunsă” criptată într-o metaforă, astfel încât, în timp, oamenii vor recăpăta o înțelegere adevărată a științei secrete din spatele metaforei.

Ei știau că până nu descoperim constanta structurii fine, nu vom înțelege ce observăm. De aceea s-au păstrat aceste cunoștințe străvechi - pentru a ne arăta cheia.

Și cheia este asta geometria sacră a fost întotdeauna prezentă în realitatea cuantică; a rămas pur și simplu neexplicat până acum, deoarece știința convențională continuă să fie legată de modele de „particule” de modă veche.

În acest model, nu mai este necesară limitarea atomilor la o anumită dimensiune; sunt capabili să se extindă și să păstreze aceleași proprietăți.

Odată ce înțelegem ce se întâmplă în tărâmul cuantic, vom putea crea materiale care sunt ultra-puternice și ultra-ușoare, pentru că acum cunoaștem aranjamentele geometrice precise care forțează atomii să se lege împreună mai eficient.

Se spunea că bucățile epavei de la Roswell erau incredibil de ușoare și totuși atât de puternice încât nu puteau fi tăiate, arse sau distruse. Acestea sunt tipurile de materiale pe care le vom putea crea odată ce vom înțelege pe deplin noua fizică cuantică.

Ne amintim asta cvasicristale Ele stochează foarte bine căldura și adesea nu conduc electricitatea, chiar dacă metalele din compoziția lor sunt în mod natural buni conductori.

De asemenea, microclusterele nu permit câmpurilor magnetice să pătrundă în clusterele în sine.

Fizica lui Johnson afirmă că o structură atât de perfectă din punct de vedere geometric este perfect conectată, astfel încât nicio energie termică sau electromagnetică nu poate trece prin ea. Geometria internă este atât de compactă și precisă încât nu există literalmente „spațiu” pentru ca curentul să se deplaseze între molecule.

Lumina este o formă de energie radiantă care călătorește prin spațiu sub formă de unde electromagnetice. În 1900, omul de știință Max Planck, unul dintre fondatorii mecanicii cuantice, a propus o teorie conform căreia energia radiantă este emisă și absorbită nu într-un flux continuu de undă, ci în porțiuni separate, care se numesc cuante (fotoni).

Energia transferată de o cuantă este egală cu: E = hv, Unde v este frecvența radiației și h – cuantumul elementar de acțiune, reprezentând o nouă constantă universală, care a primit curând numele constanta lui Planck(conform datelor moderne h = 6,626 × 10 –34 J s).

În 1913, Niels Bohr a creat un model coerent, deși simplificat al atomului, în concordanță cu distribuția Planck. Bohr a propus o teorie a radiațiilor bazată pe următoarele postulate:

1. Într-un atom există stări staționare, în care atomul nu emite energie. Stările staționare ale unui atom corespund orbitelor staționare de-a lungul cărora se mișcă electronii;

2. Când un electron se deplasează de pe o orbită staționară pe alta (de la o stare staționară la alta), este emisă sau absorbită o cantitate de energie hν = ‌‌‌‌‌‌‌‌‌|E i – E n| , Unde ν – frecvența cuantumului emis, E i – energia stării din care trece și E n– energia stării în care intră electronul.

Dacă un electron, sub orice influență, se deplasează de pe o orbită apropiată de nucleu la alta mai îndepărtată, atunci energia atomului crește, dar asta necesită cheltuirea energiei externe. Dar o astfel de stare excitată a atomului este instabilă și electronul cade înapoi spre nucleu într-o orbită posibilă mai apropiată.

Și când un electron sare (cade) pe o orbită care se află mai aproape de nucleul unui atom, energia pierdută de atom se transformă într-o cuantum de energie radiantă emisă de atom.

În consecință, orice atom poate emite un spectru larg de frecvențe discrete interconectate, care depinde de orbitele electronilor din atom.

Un atom de hidrogen este format dintr-un proton și un electron care se mișcă în jurul lui. Dacă un electron absoarbe o parte din energie, atomul intră într-o stare excitată. Dacă un electron renunță la energie, atunci atomul trece de la o stare de energie superioară la una mai joasă. De obicei, tranzițiile de la o stare de energie superioară la o stare de energie mai scăzută sunt însoțite de emisia de energie sub formă de lumină. Cu toate acestea, sunt posibile și tranziții non-radiative. În acest caz, atomul intră într-o stare de energie mai scăzută fără a emite lumină și renunță la excesul de energie, de exemplu, unui alt atom atunci când se ciocnesc.

Dacă un atom, care trece de la o stare de energie la alta, emite o linie spectrală cu lungimea de undă λ, atunci, în conformitate cu postulat al doilea al lui Bohr, este emisă energie. E egal cu: , unde h- constanta lui Planck; c- viteza luminii.

Setul tuturor liniilor spectrale pe care un atom le poate emite se numește spectrul său de emisie.

După cum arată mecanica cuantică, spectrul atomului de hidrogen este exprimat prin formula:

, Unde R– constantă, numită constantă Rydberg; n 1 și n 2 numere și n 1 < n 2 .

Fiecare linie spectrală este caracterizată de o pereche de numere cuantice n 2 și n 1 . Ele indică nivelurile de energie ale atomului înainte și, respectiv, după radiație.

Când electronii se mută de la niveluri de energie excitată la primul ( n 1 = 1; respectiv n 2 = 2, 3, 4, 5...) se formează Seria Lyman.Toate liniile din seria Lyman sunt în ultraviolet gamă.

Tranzițiile electronilor de la nivelurile de energie excitată la al doilea nivel ( n 1 = 2; respectiv n 2 = 3,4,5,6,7...) formă Seria Balmer. Primele patru linii (adică pentru n 2 = 3, 4, 5, 6) sunt în spectrul vizibil, restul (adică pentru n 2 = 7, 8, 9) în ultraviolete.

Adică, liniile spectrale vizibile ale acestei serii se obțin dacă electronul sare la al doilea nivel (a doua orbită): roșu - de pe a 3-a orbită, verde - de pe a 4-a orbită, albastru - de pe a 5-a orbită, violet - de pe a 6-a orbita o orbite.

Tranzițiile electronilor de la nivelurile de energie excitată la al treilea ( n 1 = 3; respectiv n 2 = 4, 5, 6, 7...) formă Seria Paschen. Toate liniile din seria Paschen sunt situate în infraroşu gamă.

Tranzițiile electronilor de la nivelurile de energie excitată la al patrulea ( n 1 = 4; respectiv n 2 = 6, 7, 8...) formă Seria Brackett. Toate liniile din serie sunt în domeniul infraroșu îndepărtat.

Tot in seria spectrala a hidrogenului se disting si seria Pfund si Humphrey.

Prin observarea spectrului de linii ale unui atom de hidrogen din regiunea vizibilă (seria Balmer) și măsurarea lungimii de undă λ a liniilor spectrale din această serie, se poate determina constanta lui Planck.

În sistemul SI, formula de calcul pentru găsirea constantei lui Planck la efectuarea lucrărilor de laborator va lua forma:

Unde n 1 = 2 (seria Balmer); n 2 = 3, 4, 5, 6.

= 3,2 × 10 -93

λ – lungimea de undă ( nm)

Constanta lui Planck apare în toate ecuațiile și formulele mecanicii cuantice. În special, determină scara de la care intră în vigoare Principiul incertitudinii Heisenberg. În linii mari, constanta lui Planck ne arată limita inferioară a cantităților spațiale dincolo de care efectele cuantice nu pot fi ignorate. Pentru boabele de nisip, să zicem, incertitudinea în produsul mărimii și vitezei lor liniare este atât de nesemnificativă încât poate fi neglijată. Cu alte cuvinte, constanta lui Planck trasează granița dintre macrocosmos, unde se aplică legile mecanicii lui Newton, și microcosmos, unde legile mecanicii cuantice intră în vigoare. Obținută doar pentru o descriere teoretică a unui singur fenomen fizic, constanta lui Planck a devenit curând una dintre constantele fundamentale ale fizicii teoretice, determinată de însăși natura universului.

Lucrarea poate fi efectuată fie pe o instalație de laborator, fie pe un computer.

Scopul lucrării: determinarea experimentală a constantei lui Planck folosind spectre de emisie și absorbție.

Dispozitive și accesorii: spectroscop, lampă incandescentă, lampă cu mercur, cuvă cu vârf de crom.

Introducere teoretică

Un atom este cea mai mică particulă a unui element chimic care îi determină proprietățile de bază. Modelul planetar al atomului a fost fundamentat de experimentele lui E. Rutherford. În centrul atomului se află un nucleu încărcat pozitiv cu o sarcină Z∙e (Z– numărul de protoni din nucleu, adică numărul de serie al unui element chimic din sistemul periodic al lui Mendeleev; e– sarcina unui proton este egală cu sarcina unui electron). Electronii se deplasează în jurul nucleului în câmpul electric al nucleului.

Stabilitatea unui astfel de sistem atomic este justificată de postulatele lui Bohr.

Primul postulat al lui Bohr(postulatul stării staționare): într-o stare stabilă a unui atom, electronii se mișcă pe anumite orbite staționare fără a emite energie electromagnetică; orbitele electronilor staționari sunt determinate de regula de cuantizare:

. (2)

Un electron care se mișcă pe o orbită în jurul unui nucleu este acționat de forța Coulomb:

. (3)

Pentru un atom de hidrogen Z=1. Apoi

. (4)

Rezolvând împreună ecuațiile (2) și (4), putem determina:

a) raza orbitală

; (5)

b) viteza electronilor

; (6)

c) energia electronilor

. (7)

Nivel de energie– energia deținută de un electron al unui atom într-o anumită stare staționară.

Un atom de hidrogen are un electron. Starea atomului cu n=1 se numește starea fundamentală. Energia de stare fundamentală

În starea sa fundamentală, un atom poate absorbi doar energie.

În timpul tranzițiilor cuantice, atomii (moleculele) sar de la o stare staționară la alta, adică de la un nivel de energie la altul. Schimbarea stării atomilor (moleculelor) este asociată cu tranzițiile energetice ale electronilor de la o orbită staționară la alta. În acest caz, unde electromagnetice de diferite frecvențe sunt emise sau absorbite.

Al doilea postulat al lui Bohr(regula frecvenței): când un electron se mișcă de pe o orbită staționară pe alta, un foton cu energie este emis sau absorbit

, (8)

egal cu diferența de energie a stărilor staționare corespunzătoare ( Și - respectiv energia stărilor staţionare ale atomului înainte şi după radiaţie sau absorbţie).

Energia este emisă sau absorbită în porțiuni separate - cuante (fotoni), iar energia fiecărui cuantum (foton) este asociată cu frecvența ν raportul undelor emise

, (9)

Unde h– constanta lui Planck. constanta lui Planck– una dintre cele mai importante constante ale fizicii atomice, numeric egală cu energia unui cuantum de radiație la o frecvență de radiație de 1 Hz.

Ținând cont de acest lucru, ecuația (8) poate fi scrisă ca

. (10)

Totalitatea undelor electromagnetice de toate frecvențele pe care un anumit atom (moleculă) le emite și le absoarbe este spectrul de emisie sau de absorbție al unei substanțe date. Deoarece atomul fiecărei substanțe are propria sa structură internă, prin urmare fiecare atom are un spectru individual, unic. Aceasta este baza analizei spectrale, descoperită în 1859 de Kirchhoff și Bunsen.

Caracteristicile spectrelor de emisie

Compoziția spectrală a radiațiilor din substanțe este foarte diversă. Dar, în ciuda acestui fapt, toate spectrele pot fi împărțite în trei tipuri.

Spectre continue. Spectrul continuu reprezintă lungimile tuturor undelor. Nu există întreruperi într-un astfel de spectru; este format din secțiuni de culori diferite care se transformă una în alta.

Spectrele continue (sau continue) sunt produse de corpurile aflate în stare solidă sau lichidă (lampă cu incandescență, oțel topit etc.), precum și gazele puternic comprimate. Pentru a obține un spectru continuu, corpul trebuie încălzit la o temperatură ridicată.

Un spectru continuu este, de asemenea, produs de plasmă la temperatură înaltă. Undele electromagnetice sunt emise de plasmă în principal atunci când electronii se ciocnesc cu ionii.

Spectre de linii. Spectrele de emisie de linii constau din linii spectrale individuale separate de spații întunecate.

Spectrele de linii dau toate substanțele în stare atomică gazoasă. În acest caz, lumina este emisă de atomi care practic nu interacționează între ei. Prezența unui spectru de linie înseamnă că o substanță emite lumină doar la anumite lungimi de undă (mai precis, în anumite intervale spectrale foarte înguste).

Spectre cu dungi. Spectrele de emisie cu benzi constau din grupuri separate de linii atât de strâns distanțate încât se îmbină în benzi. Astfel, spectrul în dungi este format din benzi individuale separate de spații întunecate.

Spre deosebire de spectrele de linii, spectrele cu dungi sunt create nu de atomi, ci de molecule care nu sunt legate sau slab legate unele de altele.

Pentru a observa spectrele atomice și moleculare, se folosește strălucirea vaporilor unei substanțe într-o flacără sau strălucirea unei descărcări de gaz într-un tub umplut cu gazul studiat.

Caracteristicile spectrelor de absorbție.

Spectrul de absorbție poate fi observat dacă, pe calea radiației provenite de la o sursă care dă un spectru de emisie continuu, se plasează o substanță care absoarbe anumite raze de diferite lungimi de undă.

În acest caz, liniile sau dungile întunecate vor fi vizibile în câmpul vizual al spectroscopului în acele locuri din spectrul continuu care corespund absorbției. Natura absorbției este determinată de natura și structura substanței absorbante. Gazul absoarbe lumina exact la lungimile de undă pe care le emite atunci când este puternic încălzit. Figura 1 prezintă spectrele de emisie și absorbție a hidrogenului.

Spectrele de absorbție, ca și spectrele de emisie, sunt împărțite în continuu, linie și dungi.

Spectre continue absorbțiile se observă atunci când sunt absorbite de o substanță în stare condensată.

Spectre de linii absorbțiile se observă atunci când o substanță absorbantă în stare gazoasă (gaz atomic) este plasată între sursa unui spectru continuu de radiații și spectroscop.

In dungi– atunci când este absorbit de substanțe formate din molecule (soluții).

|
bară constantă, cu ce este egală bara constantă
constanta lui Planck(cuantumul de acțiune) este principala constantă a teoriei cuantice, un coeficient care leagă valoarea energetică a unui cuantum de radiație electromagnetică cu frecvența sa, precum și, în general, valoarea cuantumului energetic al oricărui sistem fizic oscilator liniar cu frecvența sa. . Leagă energia și impulsul de frecvență și frecvența spațială, acțiunile de fază. Este un cuantum al momentului unghiular. A fost menționat pentru prima dată de Planck în lucrarea sa despre radiația termică și, prin urmare, a fost numit după el. Denumirea obișnuită este latină. J s erg s. eV c.

Valoarea des folosită este:

J s, erg s, eV s,

numită constantă Planck redusă (uneori raționalizată sau redusă) sau constantă Dirac. Utilizarea acestei notații simplifică multe formule ale mecanicii cuantice, deoarece aceste formule includ constanta tradițională Planck sub forma împărțită la o constantă.

La cea de-a 24-a Conferință Generală a Greutăților și Măsurilor din 17-21 octombrie 2011 a fost adoptată în unanimitate o rezoluție în care, în special, s-a propus ca într-o viitoare revizuire a Sistemului Internațional de Unități (SI) unitățile SI de măsurarea ar trebui redefinită astfel încât constanta lui Planck să fie egală cu exact 6,62606X 10−34 J s, unde X reprezintă una sau mai multe cifre semnificative care trebuie determinate pe baza celor mai bune recomandări CODATA. Aceeași rezoluție propunea să se determine în același mod constanta Avogadro, sarcina elementară și constanta Boltzmann ca valori exacte.

1 Sensul fizic
2 Istoria descoperirii
- 2.1 Formula lui Planck pentru radiația termică
- 2.2 Efect fotoelectric
- 2.3 Efectul Compton
3 Metode de măsurare
- 3.1 Utilizarea legilor efectului fotoelectric
- 3.2 Analiza spectrului de raze X bremsstrahlung
4 Note
5 Literatură
6 Legături

Sensul fizic

În mecanica cuantică, impulsul are semnificația fizică a unui vector de undă, energie - frecvență și acțiune - fază de undă, dar în mod tradițional (istoric) mărimile mecanice sunt măsurate în alte unități (kg m/s, J, Js) decât cele corespunzătoare. undă (m −1, s−1, unități de fază adimensionale). Constanta lui Planck joacă rolul unui factor de conversie (întotdeauna același) care conectează aceste două sisteme de unități - cuantică și tradițională:

(impuls) (energie) (acțiune)

Dacă sistemul de unități fizice s-ar fi format după apariția mecanicii cuantice și ar fi fost adaptat pentru a simplifica formulele teoretice de bază, constanta lui Planck ar fi fost probabil pur și simplu egală cu unu, sau, în orice caz, cu un număr mai rotund. În fizica teoretică, sistemul de unități c este foarte des folosit pentru a simplifica formule, în el

Constanta lui Planck are, de asemenea, un simplu rol evaluativ în delimitarea ariilor de aplicabilitate ale fizicii clasice și cuantice: în comparație cu mărimea acțiunii sau a momentului unghiular caracteristic sistemului în cauză, sau produsul unui impuls caracteristic cu o dimensiune caracteristică, sau o energie caracteristică printr-un timp caracteristic, arată cât de aplicabilă mecanica clasică acestui sistem fizic. Și anume, dacă este acțiunea sistemului și este momentul său unghiular, atunci at sau comportamentul sistemului este descris cu o bună acuratețe de mecanica clasică. Aceste estimări sunt destul de direct legate de relațiile de incertitudine Heisenberg.

Istoria descoperirii

Formula lui Planck pentru radiația termică

Articolul principal: Formula lui Planck

Formula lui Planck este o expresie pentru densitatea de putere spectrală a radiației corpului negru, care a fost obținută de Max Planck pentru densitatea radiației de echilibru. Formula lui Planck a fost obținută după ce a devenit clar că formula Rayleigh-Jeans descrie în mod satisfăcător radiația doar în regiunea undelor lungi. În 1900, Planck a propus o formulă cu o constantă (numită mai târziu constanta lui Planck), care era în acord cu datele experimentale. În același timp, Planck credea că această formulă era doar un truc matematic de succes, dar nu avea nicio semnificație fizică. Adică, Planck nu a presupus că radiația electromagnetică este emisă sub formă de porțiuni individuale de energie (quanta), a căror magnitudine este legată de frecvența radiației prin expresia:

Coeficientul de proporționalitate a fost numit ulterior constanta lui Planck, = 1,054·10−34 J·s.

Efect foto

Articolul principal: Efect foto

Efectul fotoelectric este emisia de electroni de către o substanță sub influența luminii (și, în general, a oricărei radiații electromagnetice). substanțele condensate (solide și lichide) produc efecte fotoelectrice externe și interne.

Efectul fotoelectric a fost explicat în 1905 de Albert Einstein (pentru care a primit Premiul Nobel în 1921, datorită nominalizării fizicianului suedez Oseen) pe baza ipotezei lui Planck despre natura cuantică a luminii. Lucrarea lui Einstein conținea o nouă ipoteză importantă – dacă Planck a sugerat că lumina este emisă doar în porțiuni cuantificate, atunci Einstein credea deja că lumina există doar sub formă de porțiuni cuantificate. Din legea conservării energiei, atunci când reprezintă lumina sub formă de particule (fotoni), formula lui Einstein pentru efectul fotoelectric urmează:

unde – așa-zis funcția de lucru (energia minimă necesară pentru a îndepărta un electron dintr-o substanță), - energia cinetică a electronului emis, - frecvența fotonului incident cu energie, - constanta lui Planck. Această formulă implică existența limitei roșii a efectului fotoelectric, adică existența celei mai joase frecvențe sub care energia fotonului nu mai este suficientă pentru a „elimina” un electron din corp. Esența formulei este că energia unui foton este cheltuită pentru ionizarea unui atom al unei substanțe, adică pentru munca necesară pentru a „smulge” un electron, iar restul este convertit în energia cinetică a electronului.

Efectul Compton

Articolul principal: Efectul Compton

Metode de măsurare

Folosind legile efectului fotoelectric

Această metodă de măsurare a constantei lui Planck folosește legea lui Einstein pentru efectul fotoelectric:

unde este energia cinetică maximă a fotoelectronilor emisă de catod,

Frecvența luminii incidente, - așa-numita. funcția de lucru a electronilor.

Măsurarea se efectuează astfel. Mai întâi, catodul fotocelulei este iradiat cu lumină monocromatică la o frecvență, în timp ce fotocelulei i se aplică o tensiune de blocare, astfel încât curentul prin fotocelula să se oprească. În acest caz, are loc următoarea relație, care decurge direct din legea lui Einstein:

unde este sarcina electronilor.

Apoi aceeași fotocelulă este iradiată cu lumină monocromatică cu o frecvență și este blocată în mod similar folosind tensiune

Scăzând a doua expresie termen cu termen din prima, obținem

de unde urmează

Analiza spectrului de raze X bremsstrahlung

Această metodă este considerată cea mai precisă dintre cele existente. Profită de faptul că spectrul de frecvență al razelor X bremsstrahlung are o limită superioară precisă, numită limită violetă. Existența sa rezultă din proprietățile cuantice ale radiației electromagnetice și din legea conservării energiei. Într-adevăr,

unde este viteza luminii,

Lungimea de undă a radiației de raze X, - sarcina electronului, - tensiunea de accelerare dintre electrozii tubului de raze X.

Atunci constanta lui Planck este

Note

1 2 3 4 Constante fizice fundamentale - Listare completă
Despre posibila revizuire viitoare a Sistemului Internațional de Unități, SI. Rezoluția 1 a celei de-a 24-a reuniuni a CGPM (2011).
Acord pentru a lega kilogramele și prietenii de elementele fundamentale - fizică-matematică - 25 octombrie 2011 - New Scientist

Literatură

John D. Barrow. Constantele naturii; De la Alpha la Omega - Numerele care codifică cele mai adânci secrete ale Universului. - Pantheon Books, 2002. - ISBN 0-37-542221-8.
Steiner R. Istoria și progresul măsurătorilor precise ale constantei Planck // Rapoarte despre progresul în fizică. - 2013. - Vol. 76. - str. 016101.