Равновесное тепловое излучение. Фотонный газ

Энергия для резонатора с частотой v равна hv, где h - универсальная постоянная, которая теперь называется постоянной Планка.
Это была не только самая важная работа Планка, но и знаменательный поворот в истории физики. Важность открытия, с его далеко идущим влиянием на классическую физику, сначала не была оценена. Однако доказательства его достоверности постепенно становились подавляющими, поскольку его применение объясняло множество расхождений между наблюдаемыми явлениями и классической теорией. Среди этих приложений и разработок можно упомянуть объяснение Эйнштейном фотоэлектрического эффекта.

Работа Планка по квантовой теории, как стало известно, была опубликована в Annalen der Physik. Его работа кратко изложена в двух книгах «Термодинамика» («Термодинамика») (1897) и «Теория теплового излучения» (1906).
Он был избран в Иностранное членство Королевского общества в 1926 году, а в 1928 году был награжден медалью Общества.
Планку пришлось столкнуться с трудным и трагическим периодом в его жизни во время нацистского правительства в Германии, когда он чувствовал, что обязан оставаться в своей стране, но открыто выступал против политики правительства, особенно в том, что касается преследования евреи. В последние недели войны он испытал большие трудности после того, как его дом был разрушен в результате бомбардировок.
Его коллеги уважали его не только за важность его открытий, но и за его личные качества. Он был также одаренным пианистом и, как говорят, когда-то считал музыку карьерой.
Планк был дважды женат. После его назначения в 1885 году доцентом в его родном городе Киле он женился на подруге своего детства, Мари Мерк, которая умерла в 1909 году. Он женился на ее кузине Марге фон Хесслин. Трое его детей умерли молодыми, оставив его с двумя сыновьями.
Он пережил личную трагедию, когда один из них был казнен с его стороны в неудачной попытке убить Гитлера в 1944 году.
Он умер в Геттингене 4 октября 1947 года.
Формула, полученная классической теорией, находится в резком противоречии с опытом. В 1900 году Планку удалось устранить это противоречие, но ценой отказа от классического закона взаимодействия между веществом и излучением.
Он предположил, что обмен энергией между веществом и излучением происходит не непрерывно, а путем передачи дискретных и неделимых частей энергии или квантов энергии. Планк показал, что квант энергии пропорционален частоте излучения, и получил выражение, согласующееся с опытом спектрального распределения, выбрав соответственно константу пропорциональности. Эта постоянная since с тех пор называется постоянной Планка. Он имеет размерность действия (энергия × время или импульс × длина). В будущем мы будем использовать современную версию постоянной:
.
Когда возникла гипотеза Планка, которая казалась неприемлемой, подавляющее большинство физиков увидели в ней удобную математическую технику, которую впоследствии можно было объяснить на основе классической доктрины. Даже очевидный успех теории Планка в объяснении результатов эксперимента не может служить неопровержимым доказательством того, что энергия фактически обменивается между квантами и квантами. Закон распределения Планка является лишь макроскопическим законом, полученным из квантовой гипотезы статистическими методами. это может служить лишь косвенным подтверждением гипотезы. Можно было подвергнуть сомнению квантовую гипотезу, так же как и многие годы, из-за отсутствия прямых экспериментов на микроскопическом уровне гипотеза об атомном строении вещества была под сомнением. Однако гипотеза Планка была дополнительно подтверждена и дополнена рядом экспериментов, которые позволили проанализировать элементарные процессы и доказать непрерывность и непрерывность эволюции физических систем на микроуровне, где классическая теория предсказывает непрерывную эволюцию.
В 1899 году, когда Макс Планк впервые предложил свою радикальную теорию квантования энергии, он также предложил построить систему «естественных единиц» (natürliche Maasseinheiten) из нескольких более важных констант в физике: скорости света, универсальная гравитационная постоянная и две недавно идентифицированные константы, которые впоследствии стали известны их исследователям: постоянная Планка и постоянная Больцмана. Теперь известно, что значение этих величин - это не просто способ заставить единицы работать. Каждая из четырех основных физических констант говорит нам что-то свое о природе реальности.
с = 299 792 458 м / с
Скорость света в вакууме - это величина, определяемая природой, и, следовательно, естественная единица измерения скорости. Это универсальный «предел скорости». Ничто не может двигаться быстрее, чем скорость света в вакууме, даже сам свет. Еще до того, как мы вступили в век информации, было признано, что материальные объекты и фотоны электромагнитного излучения являются, по сути, носителями информации. Скорость света является ограничением скорости, с которой может перемещаться информация.
G = 6,67428 × 10−11 Нм2 / кг2
Универсальная гравитационная постоянная связывает массовую энергию с кривизной пространства-времени. (Хотя, поскольку общей теории относительности было 15 лет, Планк не знал бы этого.) Он содержит в себе естественные единицы длины, массы и времени - фундаментальные величины механики (которые, конечно, он знал бы в 1899). Очевидно, что гравитация является существенной характеристикой Вселенной, которая делает гравитационную постоянную очевидным кандидатом в один из фундаментальных дескрипторов реальности.
h = 1,054571628 × 10−34 Дж
Постоянная Планка играет две роли. В своей традиционной форме h - это коэффициент пропорциональности, который связывает частоту и энергию электромагнитного излучения. Его иногда называют квантом действия. В приведенном виде ℏ - квант углового момента. Вторая форма в настоящее время считается многими более фундаментальной из двух, но она появилась только в 1930 году. В то время как предыдущие две константы имели долгую и выдающуюся историю. Постоянная Планка никогда не была замечена раньше. Его революционная статья о излучении черного тела не была опубликована до 1901 года - через два года после того, как он предложил эту систему естественных единиц.
k = 1,3806504 × 10-23 Дж / К
Константа Больцмана соотносит энергию и температуру. Он имеет ту же единицу, что и энтропия, и определяет квант этой величины. Энтропия и информация связаны между собой. Наименьшее количество информации - бит - выбор между одной из двух вещей (1 или 0, да или нет, истина или ложь, оружие или масло, остаться вместе или расстаться). Таким образом, квант энтропии - это энтропия бита S = k ln 2. Удивительно, но сам Больцман никогда не пытался определить постоянную, которая теперь носит его имя. Планку нужно было значение, чтобы завершить его модель излучения черного тела, и он должен был определить это сам. (Фактически, константа, которую он использовал, была отношением h / k, но этот факт не так важен.) Добавление последнего значения в список означало, что теперь доступна естественная единица измерения температуры. Опять же, удивительная вещь в этой работе - то, что Планк мог видеть ее важность в первую очередь. Работа Людвига Больцмана по статистической термодинамике была основана на предположении о существовании атомов. В 1899 году это все еще не было широко принято.
Процедура генерации единиц Планка состоит в том, чтобы объединить эти четыре фундаментальные константы таким образом, чтобы получить ответ с правильной единицей. Если единица соответствует количеству, которое вы хотите, вы только что сделали единицу Планка. Например, если он заканчивается в метрах, это должна быть длина Планка/
Пространство и время обычно считаются гладкими и непрерывными. Число мест между любыми двумя точками, по-видимому, бесконечно. Мы переходим из одного места в другое без ощущения зернистости. В видеоигре реальности нет «разрешения экрана». Здесь также нет очевидной «частоты кадров». Один момент сопровождается другим без ощутимого рывка. Существование не разыгрывается как фильм о развороте века. Если вселенная - это своего рода компьютерное моделирование (как некоторые предлагали), то оно отображается с явно бесконечным уровнем детализации.
Однако, по-видимому, это ключевое слово. Длина Планка теперь обычно рассматривается как нижний предел пространства. Расстояния меньше этого не имеют смысла. Аналогично, планковское время является нижним пределом времени. Никаких обнаруживаемых изменений не произойдет в течение более короткого периода, чем этот. Вы не можете разрезать пространство и время на бесконечно маленькие части. В конце концов, вы дойдете до того момента, когда понятие разделения пространства и времени станет бессмысленным. В конце концов будет найден «атом» пространства и «атом» времени. Напомним, что атом происходит от греческого ἄ τομος (томос), что означает неразрезной.
Этот вопрос квантуется должен быть очевидным для всех, кто имеет даже малейшее образование. Кто не знает атомов? Менее вероятно, что средний человек будет знать, что энергия была квантована, но такие знания не считаются экзотическими. Многие люди знают о фотонах. Материя и энергия квантуются, и, как следствие, также происходит этап, на котором действуют материя и энергия. Пространство и время квантованы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе изучены законы теплового излучения (фотонный газ, фотонное излучение). Изучено развитие представлений о тепловом излучении, начиная с законов Кирхгофа, заканчивая теорией теплового излучения.
Изучены такие законы теплового излучения, как распределение Стефана-Больцмана, закон распределения Планка, закон смещения Вина, теория ультрафиолетовой катастрофы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики (Том 3) Учеб. пособие. Под ред. Г. С. Ландсберга. — 12-е изд. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001 656 с.
Ноздрев В.Ф.; Сенкевич А.А. Курс статистической физики; Изд-во: М.: Высшая школа, 1969 г.;
Беллюстин С. В. Классическая электронная теория. - М. : Высшая школа, 1971.
Больцман Л. Избранные труды. - М. : Наука, 1984.
Арнольд В. И. Математические методы классической механики. - М.: Наука, 1979.
Бор Н. Избранные научные труды. Т. 1. - М. : Наука, 1970.
Терлецкий Я. П. Статистическая физика.- М. : Наука, 1994.
Фейнман Р., Лейтон P., Сэндс M. Феймановские лекции по физике. Т. 3.-М. : Мир, 1966.
Планк М. Избранные труды.- М. : Наука, 1975.
Ноздрев В.Ф. Курс термодинамики Учеб. пособие для педагогических институтов — 2-е изд., испр. — М.: Просвещение, 1967. — 247 с.











30