Ley de Wien
En 1896, el físico alemán Wien obtuvo una fórmula para la distribución de la energía radiante mediante un método semiteórico y semiempírico:
ρ es la densidad de energía radiante, ν es la frecuencia y t es la temperatura.
En 1899, Planck aplicó la teoría electromagnética a la interacción entre la radiación térmica y los resonadores, y obtuvo el mismo resultado mediante el cálculo de la entropía, universalizando así la ley de distribución de Wien.
Según la ley de distribución de Wien, la intensidad de la radiación disminuirá exponencialmente a medida que disminuye la frecuencia. El 3 de febrero de 0899, Lummer y Pringsheim dijeron en un informe que calentaron la cavidad a 800K-1000K y que la curva de distribución de energía obtenida era consistente con la fórmula de Wien. Sin embargo, ese mismo año calentaron la cavidad hasta el 3 de octubre de 165438.
3. Ley de Rayleigh-Jenkins
En junio de 1900, Rayleigh propuso dos hipótesis: ① La radiación electromagnética en la cavidad forma todas las ondas estacionarias posibles, cuyos nodos se encuentran en la pared de la cavidad. 2) Cuando el sistema está en equilibrio de radiación térmica, según el teorema de equipartición de energía, la energía promedio de cada onda estacionaria es kT. Con base en estos dos supuestos, derivó otra fórmula de distribución de energía radiante, pero un factor de 8 en la fórmula era incorrecto y luego fue corregido por Jenkins en 1905. La fórmula es:
Se llama ley de radiación de Rayleigh-Jenkins.
Sin embargo, esta fórmula es consistente con los resultados experimentales sólo en la región de longitud de onda larga, pero no en la región de onda corta. Debido a que la energía de la radiación es proporcional al cuadrado de la frecuencia ν, cuando la longitud de onda es cercana al ultravioleta, ¡la energía es infinita! Es decir, ramificándose en el extremo morado. Este resultado fue posteriormente llamado por P. Ehrenfest la "catástrofe ultravioleta".
Sin embargo, el conocimiento adquirido por Rayleigh y Jenkins se derivaba estrictamente de las teorías de la física clásica. Rayleigh y Jenkins también son reconocidos como personas rigurosas en la comunidad de la física. Los valores teóricos y los valores experimentales están en direcciones opuestas en la región de longitud de onda corta, lo que revela serias dificultades que enfrenta la física clásica, lo que ha llevado a la gente a llamarlo el "desastre ultravioleta".
En segundo lugar, las investigaciones de Planck
Planck (1858-1947)
Nació en Alemania y su padre enseñó en la Universidad de Munich. Después de la secundaria, oscilaba entre la física, las matemáticas y la música. En 1874 ingresó en el Departamento de Matemáticas de la Universidad de Munich. Debido a que su afición se centró en la física, su maestro P. Joly le sugirió que no eligiera la física, pero Planck eligió la física y se doctoró en 65438. 49638.88686868661
El sucesor de Kirchhoff como director del recién creado Instituto de Física Teórica permaneció en este puesto hasta su jubilación.
Fue elegido miembro de la Real Academia Prusiana de Ciencias en 1894, de la Real Sociedad Británica en 1918 y presidente de la Sociedad Kaiser Wilhelm de 1930 a 1937. 56638.66666666667
2. Fórmula de interpolación de Planck
Planck combinó la fórmula de Wien que representa la dirección de onda corta con los resultados experimentales que representan la dirección de onda larga para derivar la ley de radiación de Planck:
Cuando ν→0, es decir, en el rango de onda larga, la ley de Planck se convierte en la fórmula de Rayleigh-Jenkins.
Cuando ν→∞, es decir, en el rango de onda corta, se ajusta a la ley de Wayne.
Después de aprender esta fórmula, Rubens inmediatamente comparó sus resultados experimentales con la curva teórica, y fueron completamente consistentes. Así que entregaron un informe a la Sociedad Alemana de Física desde junio de 1900 hasta el 19 de octubre, titulado "Mejoras de la ecuación espectral de Viena".
3. La hipótesis cuántica de energía de Planck
Planck era un físico teórico. No se contentó con encontrar una fórmula empírica. Planck escribió: "Incluso si esta nueva fórmula de radiación demuestra ser absolutamente precisa, si es sólo una conjetura basada en la suerte, su valor sólo será limitado. Entonces, dado que esta fórmula se publicó en junio de 5438 después de ser propuesta en octubre y Septiembre del 65438, he estado tratando de encontrar el verdadero significado físico de esta fórmula. Esta pregunta me hizo considerar directamente la relación entre entropía y probabilidad.
Interludio: Al principio, Planck no estaba de acuerdo con la de Boltzmann. Desde el punto de vista estadístico, discutió con Boltzmann. Sin embargo, después de varios meses de esfuerzos, Planck no derivó una nueva ley de radiación de la teoría general de la termodinámica, y más tarde tuvo que intentar utilizar la teoría de probabilidad termodinámica de Botzmann, derivando así. La fórmula de la radiación de Planck
La hipótesis cuántica de Planck
Las vibraciones de las moléculas y los átomos en un cuerpo negro de radiación pueden considerarse lineales. Los resonadores pueden emitir y absorber energía de radiación. en algunos estados discretos, en estos estados, la energía del resonador no puede tomar ningún valor más que un múltiplo entero de una cierta energía mínima (., donde n es un número entero, llamado número cuántico.
Para. un resonador con frecuencia (), la energía mínima (es:, (llamada energía cuántica))
Planck puede partir de estos supuestos y obtuvo su fórmula de radiación del cuerpo negro:
Planck calculó. el valor constante de H basado en los datos de radiación del cuerpo negro: h=6.65×10-34 Joule segundos
Constante de H-Planck, como las chispas de Prometeo que caen del cielo, liberando a las personas de los grilletes de. Los conceptos tradicionales: radiación de cuerpo negro, efecto fotoeléctrico, espectro atómico y efecto Compton son todos resultados del desarrollo de la hipótesis de Planck, que no puede explicarse mediante la física clásica. La hipótesis del cuanto de energía de Planck tuvo un impacto importante en la visión de la continuidad de la energía. La gente sólo reconoció la fórmula de Planck y no aceptó la suya. Ni siquiera el propio Planck pudo comprender correctamente el significado físico del cuanto de energía. La intuición le dijo que este descubrimiento era inusual. Por otro lado, siempre quiso volver a la posición de la teoría clásica. Dijo: "Al introducir el cuanto de acción H en la teoría, debemos ser lo más conservadores posible". es decir, no cambiar la teoría existente a menos que sea absolutamente necesario ".
En 1911, Planck creía que sólo el proceso de emisión estaba cuantificado y la absorción era completamente continua. En 1914, se adoptó la hipótesis cuántica (ε →). 0) fue simplemente cancelado, pero finalmente fracasó debido a repetidos fracasos. Abandonando su postura regresiva, tenía sentimientos encontrados: "Me tomó varios años (hasta 1915) lograr que la cantidad de acción encajara de alguna manera en lo clásico. teoría, y me costaron mucha energía... Ahora lo entiendo. Bajo la influencia de Boltzmann, Planck ganó el Premio Nobel en 1918. Grams propuso claramente el concepto de cuantos de energía el 14 de diciembre de 1900, y señaló que los La energía e de cada cuanto de energía es proporcional a la frecuencia ν. Este día se llama el día del nacimiento de la mecánica cuántica.
Bohr: Este descubrimiento hizo añicos los cimientos del pensamiento humano, no sólo de la ciencia clásica, sino de la forma en que pensamos en general.