Квантовая физика В конце 19 века многие ученые считали – развитие физики завершилось: Больше 200 лет существуют законы механики, теория всемирного тяготения. - презентация

1 Квантовая физика В конце 19 века многие ученые считали – развитие физики завершилось: Больше 200 лет существуют законы механики, теория всемирного тяготения. Больше 200 лет существуют законы механики, теория всемирного тяготения. Разработана МКТ Разработана МКТ Подведен прочный фундамент под термодинамику. Подведен прочный фундамент под термодинамику. Завершена максвелловская теория электромагнетизма. Завершена максвелловская теория электромагнетизма. Открыты фундаментальные законы сохранения (энергии, импульса, массы, электрического заряда). Открыты фундаментальные законы сохранения (энергии, импульса, массы, электрического заряда).

2 В конце 19 века - начале 20 века открыты: Рентгеном Х – лучи, Беккерелем – явление радиоактивности, Томсоном – электрон…Какова физическая природа? Австрийский физик Стефан экспериментально установил распределение энергии в спектре излучения нагретых тел. Экспериментальные данные не совпадали с максвелловской теорией. Почему? Классическая физика не давала ответов на поставленные вопросы. Поиски ответов привели к созданию современной квантовой физики. Классическая физика не давала ответов на поставленные вопросы. Поиски ответов привели к созданию современной квантовой физики.

3 Излучение абсолютно черного тела Абсолютно черных тел в природе не бывает. Хорошей моделью такого тела является небольшое отверстие в замкнутой полости (рис ). Свет, падающий через отверстие внутрь полости, после многочисленных отражений будет практически полностью поглощен стенками, и снаружи отверстие будет казаться совершенно черным. Но если полость нагрета до определенной температуры T, и внутри установилось тепловое равновесие, то собственное излучение полости, выходящее через отверстие, будет излучением абсолютно черного тела. Именно таким образом во всех экспериментах по исследованию теплового излучения моделируется абсолютно черное тело. С увеличением температуры внутри полости будет возрастать энергия выходящего из отверстия излучения и изменяться его спектральный состав. К концу XIX века излучение абсолютно черного тела было хорошо изучено экспериментально. В 1879 году Йозеф Стефан на основе анализа экспериментальных данных пришел к заключению, что интегральная светимость R (T) абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры T: R (T) = σТ 4 R (T) = σТ 4

4 К концу 90-х годов XIX века были выполнены тщательные экспериментальные измерения спектрального распределения излучения абсолютно черного тела, которые показали, что при каждом значении температуры T зависимость r (λ, T) имеет ярко выраженный максимум (рис ). С увеличением температуры максимум смещается в область коротких длин волн, причем произведение температуры T на длину волны λm, соответствующую максимуму, остается постоянным: λmT = b или λm = b / T. Это соотношение ранее было получено Вином из термодинамики. Оно выражает так называемый закон смещения Вина: длина волны λm, на которую приходится максимум энергии излучения абсолютно черного тела, обратно пропорциональна абсолютной температуре T. Значение постоянной Вина b = 2,898·10 м·К. К концу 90-х годов XIX века были выполнены тщательные экспериментальные измерения спектрального распределения излучения абсолютно черного тела, которые показали, что при каждом значении температуры T зависимость r (λ, T) имеет ярко выраженный максимум (рис ). С увеличением температуры максимум смещается в область коротких длин волн, причем произведение температуры T на длину волны λm, соответствующую максимуму, остается постоянным: λmT = b или λm = b / T. Это соотношение ранее было получено Вином из термодинамики. Оно выражает так называемый закон смещения Вина: длина волны λm, на которую приходится максимум энергии излучения абсолютно черного тела, обратно пропорциональна абсолютной температуре T. Значение постоянной Вина b = 2,898·10 –3 м·К.

5 Рождение квантовой физики В 1900 г. Макс Планк выдвинул гипотезу: атомы излучают энергию не непрерывно, а порциями - квантами. Квант – это минимальная порция энергии, излучаемой или поглощаемой телом. По теории Планка, энергия кванта E прямо пропорциональна частоте света: E = hν, где h – так называемая постоянная Планка. h = 6,626·10–34 Дж·с. Постоянная Планка – это универсальная константа, которая в квантовой физике играет ту же роль, что и скорость света в СТО. Гипотеза блестяще подтвердила экспериментальную найденную зависимость излучения от частоты. Гипотеза блестяще подтвердила экспериментальную найденную зависимость излучения от частоты.

6 В 1905 г. Эйнштейн развил гипотезу Планка (электромагнитное излучение имеет квантовый характер, распространяется и поглощается веществом в виде отдельных частиц электромагнитного поля – фотонов) В 1918 г. – Планк – Нобелевская премия за введение понятия кванта и объяснение спектра излучения абсолютно черного тела.