Plank sabiti

Vikipediya, açıq ensiklopediya
Keçid et: naviqasiya, axtar

Plank sabiti kvant mexanikasına aid mühüm sabitdir və elektromaqnetik radiasiya kvantının (yəni, fotonun) enerjisi ilə onun tezliyi arasındakı əlaqəni ifadə edir. Plank sabiti h hərfi ilə işarə edilir:

h = 6.626\ 075\times 10^{-34}\ \mathrm{c \cdot s} [1]

Plank sabitinin vahidi coul və saniyənin hasilindən ibarətdir – coul•saniyə (ingiliscə joule•seconds).

Alman fizik Maks Plank (almanca Max Planck) 1900-cü il 14 dekabrda bu sabiti təqdim etmişdir. Həmin tarix kvant mexanikasının başlanğıcı hesab olunur. [2]

Bir çox hallarda Plank sabitinin derivativindən ħ istifadə edilir:

\hbar = \frac{h}{2 \pi} = 1.054\ 571\times 10^{-34}\ \mathrm{c \cdot s}

Qara cisim radiasiyası[redaktə]

Plank sabitinin tarixi qara cisim radiasiyasının öyrənilməsi ilə bağlıdır. “Qara cisim” şərti ifadədir və elə obyektə deyilir ki, o, üzərinə düşən bütün enerjini udur, müəyyən temperatura çatdıqdan sonra aldığı enerjini qaytarır. Qara cisim enerjini qaytararkən o həm də işıqlanır. Bu proses qara cisim radiasiyası (ingiliscə blackbody radiation) adlanır.

1859-cu ildə alman fiziki Gustav Kirchhoff qara cisimlə apardığı təcrübələrdən belə nəticəyə gəldi ki, qara cisim enerjini qaytaran zaman bu enerji cismin temperaturundan və ayrılan (qaytarılan) enerjinin tezliyindən asılı olur.

E = J(T,\nu)

Bu asılılıqda enerjinin (işığın) dalğa təbiəti əsas rol oynayırdı. Sonrakı onilliklər ərzində bir çox fiziklər (Josef Stefan, Ludwig Boltzmann, Wilhelm Wien və başqaları) bu asılılığı ifadə edən formulu (funksiyanı) tapmağa cəhd göstərdilər və bu sahədə müəyyən irəliləyişlərə nail oldular.[3]

Orta temperaturlu lampa qırmızı rəngdə işıqlanır və ya közərir, yüksək temperaturlu lampa ağ rəngdə işıqlanır.

Qara cismin radiasiyası prosesini adi dəmir çubuğun qızdırılması zamanı müşahidə etmək olar. Orta temperaturda qızdırılmış dəmir çubuq istilik verəcək, lakin onun rəngi dəyişməyəcək. Çünki onun verdiyi enerji infraqırmızı radiasiya (aşağı tezlikli) formasında olacaq, bu radiasiya gözə görünmür. Dəmir çubuq daha çox qızdırıldıqda o əvvəlcə qırmızı rəngdə, sonra narıncı və nəhayət ağ rəngdə işıq verəcək.

Beləliklə çubuğun temperaturu yüksəldikcə ondan ayrılan enerji, başqa sözlə radiasiya daha yüksək tezliyə malik olacaq (Wien qanunu).

Alman tədqiqatçısı Vilhelm Vin (Wilhelm Wien) qara cisim kimi fərqli obyektdən istifadə etdi. Onun qara cismi divarında dəlik açılmış sobadan ibarət idi. Sobanın dəliyindən içəri daxil edilən radiasiyanın əsas hissəsi udulur, kiçik bir hissəsi həmin dəlikdən kənara çıxa bilirdi.[4]

Plank formulu[redaktə]

1900-cü ilin oktyabrında Maks Plank bu asılılığı ən düzgün ifadə edən formulu aldı. Bu formul müxtəlif dalğa uzunluğuna malik radiasiya üçün düzgün nəticələr versə də Plank hələ işindən tam razı deyildi. O, qara cisimlə apardığı tədqiqatları davam etdirdi. Plank müşahidə etdi ki, qara cisimdən enerjinin davamlı deyil, hissə hissə ayrıldığını qəbul etdikdə hesablamaların nəticələri düz alınır. Plank belə qərara gəldi ki, ancaq işığın (elektromaqnetik radiasiyanın) dalğa təbiətindən uzaqlaşdıqda axtarışlar düzgün nəticə verə bilər.[3]

Uzun müddətli çalışmaların, səhvlərin və təkrar hesablamaların nəticəsində Plank 1900-cü ilin sonunda onu razı salan formulu yarada bildi. Bu formul qara cismin şüalanması zamanı enerji paylanmasını ifadə edirdi.

U =\frac{ 8 \pi h \nu^3}{c^3} \frac{1}{e^{h\nu/(kT)} - 1}[5]

Plank aldığı nəticələr haqda hesabatı 1900-cü il dekabrın 14-də Alman Fizika Cəmiyyətinə (Physikalische Gesellschaft) təqdim etdi. Plank hesabatda enerjinin "müəyyən sayda məhdud bərabər hissələrdən ibarət" olduğunu bildirdi və "h=6.55x10-27 erq•saniyə təbiət sabitini" təqdim etdi.[6]

1900-cü ilə qədər elektromaqnetik radiasiya (işıq və başqa şüalanma növləri) ancaq dalğa təbiətinə malik hesab edilirdi və radiasiyanın hissələrdən ibarət olması ideyası klassik fizikada inqilab idi.

Əslində enerjinin məhdud hissələrdən (kvantlardan) ibarət olmasının kəşfi Plankın əsas işinin – qara cisim radiasiyasının qanunauyğunluğunun tapılmasının – kənar məhsulu idi (побочный продукт — by-product). Buna görə də o periodda həmin kəşfin əhəmiyyətli özəyi – enerjinin kvantizasiyası (kvantlardan ibarət olduğu) nə Plankın, nə də digər fiziklərin diqqətini cəlb etmədi.[6]

Plankın tapdığı təbiət sabitinə sonrakı illərdə onun adı verildi, sabit digər fiziklər tərəfindən daha dəqiq hesablandı və indi qəbul edilmiş şəkli aldı.

Fotoelektrik effekt[redaktə]

1905-ci ildə Eynşteyn (Albert Einstein) fotolelktrik effekti öyrənməyə başladı. Materiyanın səthinə hər hansı elektromaqnetik radiasiyanın (yəni müxtəlif tezlikli fotonların) təsiri ilə materiyadan elektronların ayrılmasına fotoelektrik effekt deyilir.[7]

Eynşteyn metal lövhə üzərinə işıq salmaqla lövhədən elektronların çıxmasına nail olurdu. O, müşahidə etdi ki, metal lövhənin üzərinə düşən işığın intensivliyini artırdıqda (yəni eyni tezlikli işığın gücünü artırdıqda) metaldan qopan elektronların sayı artsa da onların səthdən ayrılma sürəti artmadı. Lakin metal lövhənin üzərinə daha yüksək tezlikli radiasiya saldıqda bu elektronların sürətlərinin artmasına səbəb oldu, yəni elektronların enerjiləri artdı. Bu fenomeni izah etməyə çalışan Eynşteyn bu nəticəyə gəldi ki, işığın (və ya radiasiyanın) müəyyən hissələrdən ibarət olması fotoelektrik effekti yarada bilər. O bu hissəcikləri işıq kvantı adlandırdı. Eynşteyn izahatında Plank sabitindən və Plankın qara cisim radiasiyası qanununun formulundan istifadə etdi və təsdiq etdi ki, işığın enerjisi işığın tezliyi ilə Plank sabitinin hasilinə bərabərdir.[8]

E = h \cdot \nu

Eynşteyn 1921-ci ildə “fotoelektrik effekt qanununun kəşfinə görə” [9] Nobel mükafatına layiq görüldü.

Max Planck isə 1918-ci ildə “enerji kvantının kəşfinə görə” [10] Nobel mükafatına layiq görüldü.

Hər iki təltif fizika tarixçiləri üçün debat mövzusudur.[6]

İşıq hissəciyinə “foton” adının verilməsi Amerikalı fizik H. Compton-un (1923) və kimyaçı G. Lewis-in (1926) adı ilə bağlıdır. [7] [11]

Həmçinin bax[redaktə]

İstinadlar[redaktə]

  1. W. Demtröder (2010). Atoms, Molecules and Photons. Springer, 86. ISBN 978-3-642-10297-4.
  2. Dan Styer. A Brief History of Quantum Mechanics. Oberlin College Physics Department. Yoxlanılıb 2013-02-05.
  3. 3,0 3,1 Michael Fowler (2008). Black Body Radiation. University of Virginia. Yoxlanılıb 2013-02-05.
  4. Wien’s law. Encyclopædia Britannica (2013). Yoxlanılıb 2013-02-05.
  5. Max Planck (1901). "On the Law of Distribution of Energy in the Normal Spectrum". Annalen der Physik 4: 553.
  6. 6,0 6,1 6,2 H. Kragh (2000). "Max Planck: the reluctant revolutionary". Physics World: 31–35.
  7. 7,0 7,1 J. Gribbin (1999). Q is for Quantum: An Encyclopedia of Particle Physics. The Free Press. ISBN 0-684-85578-X.
  8. P. Cox (2002). Introduction to Quantum Theory and Atomic Structure. Oxford University Press, 9. ISBN 0-19-855916-X.
  9. The Nobel Prize in Physics 1921. Nobelprize.org (1921). Yoxlanılıb 1 May 2013.
  10. The Nobel Prize in Physics 1918. Nobelprize.org (1918). Yoxlanılıb 1 May 2013.
  11. Photon. Encyclopædia Britannica (2013). Yoxlanılıb 2013-02-05.

Xarici keçidlər[redaktə]