2. Первый закон Вина. Формула Планка. Корпускулярно-волновой дуализм.

Первый закон Вина (закон смещения)

Длина волны, соответствующая максимуму излучения абсолютно черного тела, обратно пропорциональна абсолютной температуре тела. λ₀ = Из формула, как и из графика видно, что с увеличением температуры тела максимум его лучеиспускательной способности сдвигается в сторону коротких волн.

Формула Планка для лучеиспускательной способности абсолютно черного тела. Формула Планка-выражение, описывающее спектральное распределение энергии излучения абсолютно чёрного тела. Так была введена постоянная планка.

Принципиальное отличие вывода Планка от выводов Рэлея и других в том, что энергия осциллятора должна быть целым кратным единицы энергии, пропорциональной его частоте. E = nhν Из формулы следует закон Стефана-Больцмана, из неё выводятся также формулы, полученные до формулы Планка: формула Вина и формула Рэлея — Джинса.

h – постоянная планка = 6,63*10^-34 [Дж*с]

ν – частота [1/с или Гц]

p – импульс [ кг*м/с]

c – скорость света = 3*10⁸ [м/с]

E – энергия [Дж]

λ – длина волны [м]

r – лучеиспускательная способность [Дж/м²]

B₁ - первая постоянная Вина = 2,9*10^-3 [м*К]

Т – температура [К]

k – постоянная Больцмана= 5,7*10^-8 [Вт/(м²*К⁴)]

Корпускулярно-волновой дуализм.

При переходе к исследованию микромира оказались разрушены представления классической физики. Классическая физика всегда отчетливо разделяла объекты, которые обладают волновой природой и дискретной корпускулярной структурой. Изучая микрочастицы, ученые столкнулись с ситуацией, что одни и те же объекты обнаруживали как волновые, так и корпускулярные свойства.

Первый шаг в этом направлении был сделан немецким физиком М. Планком. В процессе работы по исследованию теплового излучения, он пришел к выводу о том, что атомы излучают энергию не непрерывно, а дискретно – то есть отдельными порциями, которым он дал название кванты. Квант – это минимальная порция энергии, излучаемой или поглощаемой телом. Энергия определяется через число колебаний соответствующего вида излучения и универсальную константу Е = hν.

Ранее всего корпускулярно-волновой дуализм был определен для света. При испускании и поглощении свет ведет себя подобно потоку частиц с энергией Е = hν, зависящей от частоты. Порция света оказалась неожиданно очень похожей на то, что принято называть частицей. Свойства света, обнаруживаемые при его излучении и поглощении, назвали корпускулярными. Сама же световая частица была названа фотоном. Фотон – элементарная частица, являющая квантом электромагнитного излучения. Не обладает массой покоя и электрическим зарядом, но обладает энергией и импульсом, а при образовании (рождении) сразу обладает скоростью света. Фотон, подобно частице, обладает определенной порцией энергии hν. Согласно теории относительности энергия всегда связана с массой соотношением Е = mс². Так как энергия фотона равна hν, то, следовательно, масса фотона m = = (масса фотона – это масса движущегося фотона). По известной массе и скорости фотона можно найти его импульс p = mc = Чем больше частота (меньше длина волны), тем больше энергия и импульс фотона, и тем отчетливее выражены корпускулярные свойства света. Итак, исследователи на основе экспериментов были вынуждены ввести представление о свете, как о потоке частиц. Однако нельзя забывать, что на основании опытов по интерференции, дифракции, поляризации вполне обоснованно делались выводы о наличии у света волновых свойств. Получается, что свет — это сразу и волны, и частицы, обладает двойственностью. При распространении света проявляются его волновые свойства, а при взаимодействии с веществом (поглощении и излучении) — корпускулярные. Впоследствии двойственность свойств, называемая корпускулярно-волновым дуализмом, была открыта у электронов и других элементарных частиц.