浅谈普朗克常数的重大意义
普朗克常数存在微观粒子运动不确定性
普朗克常数存在微观粒子运动不确定性引言:在当代物理学中,普朗克常数被广泛应用于量子物理相关的研究中。
普朗克常数(h)代表了量子物理中微观粒子运动的不确定性。
本文将探讨普朗克常数存在的微观粒子运动不确定性现象,并分析其在科学发展中的重要性。
一、普朗克常数的定义与重要性普朗克常数是由德国物理学家马克斯·普朗克于1900年提出的。
它是量子物理学的基本常数之一,由公式E = hv中的h表示。
其中,E代表能量,v代表频率。
普朗克常数的数值约为6.62607015 × 10^(-34) J·s。
普朗克常数的重要性体现在以下几个方面:1. 揭示了微观粒子运动的本质:普朗克常数在量子物理学中起到了非常重要的作用,它揭示了微观粒子运动的随机和不确定性本质。
2. 物质和辐射之间的相互关系:普朗克常数通过量子力学与辐射的相互作用,为物质辐射关系的理解提供了基础。
3. 量子力学的建立:普朗克常数的提出和量子力学的建立密切相关,为量子力学的发展奠定了基础。
二、微观粒子运动的不确定性微观粒子(如电子、光子等)的运动存在一定的不确定性,这是由于普朗克常数存在的微观粒子运动不确定性导致的。
根据量子力学原理,粒子的位置和动量不能同时被准确地确定。
这种不确定性被称为海森堡不确定原理,即海森堡不确定性原理。
根据海森堡不确定性原理,无论是位置还是动量,都不能同时被精确地测量。
如果我们试图测量一个微观粒子的位置,我们会失去对其动量的精确信息;如果我们试图测量一个微观粒子的动量,我们会失去对其位置的精确信息。
这种不确定性现象在微观世界中是客观存在的,不仅仅是由于测量手段的限制所导致。
普朗克常数存在正是这种不确定性的物理基础。
三、普朗克常数不确定性的实验验证与应用普朗克常数存在的微观粒子运动不确定性被科学家们通过一系列实验进行了验证。
以下是一些重要的实验结果和应用:1. 康普顿散射:通过利用X射线与电子的相互作用,康普顿散射实验证明了微观粒子运动的不确定性。
量子力学中的特殊常数
量子力学中的特殊常数量子力学是现代物理学中的重要分支,研究微观世界中粒子的行为和性质。
在量子力学的研究过程中,有一些特殊的常数扮演着重要的角色,它们为物理学家们提供了深入研究微观世界的工具和理论基础。
本文将介绍量子力学中的几个特殊常数,并讨论它们的作用和意义。
一、普朗克常数普朗克常数(h)是量子力学中最重要的常数之一,它在量子力学的各个方面都具有重要地位。
作为量子力学的起点,普朗克常数描述了量子效应的存在,它揭示了微观世界与经典物理学之间的巨大差异。
普朗克常数的数值约为6.62607004×10^-34 J·s,其中J表示焦耳,s表示秒。
普朗克常数在物理学中的应用非常广泛,例如在黑体辐射中,普朗克常数描述了能量的离散性和光子的存在。
在原子物理中,量子力学的波粒二象性也与普朗克常数密切相关。
普朗克常数的引入为量子力学的发展提供了基本的理论框架,是探索微观世界的重要工具。
二、元电荷元电荷(e)是电荷的最小单位,也是一个重要的常数。
元电荷的数值约为1.6021766208×10^-19 C,其中C表示库伦,即电荷单位。
元电荷的引入使得物理学家能够对电荷进行离散化的研究,进一步了解电子的性质和微观粒子的电荷量的本质。
在量子力学的框架下,元电荷与普朗克常数等其他常数一起,共同描述了微观粒子的行为和相互作用。
例如,在原子核物理学中,元电荷可以用来解释核中的质子和中子的电荷量子化现象,并建立了核物理的基本理论。
三、阻抗量子阻抗量子(Z0)是量子力学中与电磁场相互作用的重要量子常数。
它的数值约为376.730313461 Ω,其中Ω表示欧姆。
阻抗量子的引入使得物理学家能够对电磁场的特性进行微观粒子层面的研究。
在量子电动力学(QED)中,阻抗量子与其他常数一起,描述了相互作用的规律和量子效应的存在。
通过阻抗量子的研究,我们能更好地了解电磁波的传播和吸收现象,以及微观粒子与电磁场的相互作用机制。
浅谈普朗克常数的重大意义
浅淡普朗克常数的重大意义雷力峰(雁北师范学院物理系大同037000)摘要该文从普朗克常数的提出,它导致量子论建立和发展的过程,它所诱发的物理学领域和许多其它各科领域的发展以及它所带给人们思想影响方面,探讨了它的划时代的重大意义.关键词普朗克常数量子分类号N09就普朗克常数h的意义,物理学家金斯曾说过这样一段话:“虽然h的数值很小,但是我们应当承认它是关系到保证宇宙的存在的.如果说h严格地等于零,那么宇宙间的物质能量将在十亿万之一秒的时间内全部变为辐射.”普朗克常数引入后,以普朗克常数为根本特征的量子论给我们提供了新的关于自然界的表述方法和思考方法,物理学理论发生了巨大变革,使人类认识由低速宏观领域扩展到高速微观领域.h的提出引出了一系列解释性假说,促进了量子论的建立与推广,为原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学奠定了理论基础,并且这些科研成果在化学等有关学科和许多近代技术中也得到了广泛的应用.可以说,h的出现具有划时代的重大意义.本文就此作一简要论述.1普朗克其人普朗克(Max Planck 1858-1947),近代伟大的德国物理学家、量子论的奠基人.1854年4月23日生于德国基尔.1874-1877年在慕尼黑大学学习物理和数学.1877-1878年间,到柏林大学,在赫尔姆霍兹和基尔霍夫指导下学习.1879年,以《论热力学的第二定律》的论文获得慕尼黑大学博士学位.1880年,普朗克任慕尼黑大学物理讲师.1885年,任基尔霍夫大学理论物理学特约教授,.1889年,受聘于柏林大学继任基尔霍夫的职位,并兼任新设立的物理研究所所长,在那里一直工作到1926年退休为止.1900年,他在黑体辐射研究中引入能量量子,由于这一发现对物理学的发展作出的贡献,他获得者1918年诺贝尔物理学奖.1947年10月4日在格丁根逝世.2普朗克常数的提出普朗克长期从事热力学的研究工作,从1894年起,他的注意力转移到黑体辐射问题上.辐射问题是在1859年到1860年间提出的.当时,基尔霍夫第一个强调指出:“黑体发射率是一个由波长和温度决定的函数—至少与迄今已发现的一样,是一个简单的函数.”1896年,帕邢与维恩合作,以辐射空腔模拟黑体,作了特殊假设之后,得到维恩辐射定律:()γγγγγρd T c c d 231ex p )(-=其中,21,c c 为常数.普朗克认为这个定律可以更少一些的假设推导出来,他把电磁理论用于热辐射和谐振子的相互作用,为谐振子下了定义:γααγ'1ln uu s =其中,u 为振子能量,γ为振子频率,1为自由电子电荷,α和'α 代表两个正的普适常数,'α 即后来的h .经过熵的计算,得到维恩分布定律.但随后不久的实验指出:只在波长较短、温度较低时才与实验结果相符,而在长波区域则系统地低于实验值.正在这时,瑞利从另一条途径也得到了能量分布定律,后经金斯纠正比例系数,得KT cu 328πγ= 此即瑞利—金斯定律.实验很快得出,当频率较低时,瑞利—金斯定律的理论值与实验结果符合得较好,但它的预言在短波部分出现了辐射能量无穷大的趋向,亦即当时物理学界引人注目的“紫外灾难”.1900年10月普朗克在维恩定律与瑞利—金斯定律间找到了内插公式βuβ1e=KT//-得到新的辐射公式,竟与实验结果严格符合.然而更艰巨的任务是使这个半经验公式上升到可以证明的理论公式.普朗克后来回忆道:“即使这个新的辐射公式证明是绝对精确的,如果仅仅是一个侥幸揣测出来的公式,它的价值也只能是有限的.因此,从10月19日提出这个公式开始,我就致力于找出这个公式的真正的物理意义.“”紫外灾难”的深刻危机提醒了普朗克,要从理论上给出谐振子熵表达式的物理意义,经典的电动力学方法和唯象的热力学方法都已无能为力.普朗克决定“孤注一掷”尝试用玻尔兹曼的热力学统计方法来建立熵和几率之间的联系.玻尔兹曼方法要求研究客体必须是分立的,必须考虑用一个有限的数来表示属于一个宏观态的微观态数目,因而要把总能量分为数目很大但还是有限个数的相同的能量元ε.普朗.克假设()'αγε=h.这样算得的熵与直接由经验公式得到的熵表达式取得了完=h全的一致.普朗克还根据黑体辐射的测量数据,计算出普适常数h值,34=h焦·秒,后来人们把这个常数称为普朗克常数,面把能量元称⨯6510.6-为能量子.3普朗克常数的贡献普朗克常数的提出,尤其是以h为表征的量子概念,开创了现代物理学的新纪元,所作的贡献无法估量.首当其冲便是促进了量子论的建立与发展,量子论的生存斗争和早期发展,是紧密围绕着h的物理解释进行的.3.1 h促进了量子论的建立和发展普朗克常数的引进开创了量子论,但在当时并没有得到人们的充分认识,甚至普朗克本人在提出新思想后也深感不安而想回到旧轨道上去.首先认识到量子概念的重要性并为量子论的发展打开局面的是爱因斯坦.19世纪80年代,物理学界发现金属在某些频率的光的照射下会发射出电子,就好象这些电子被光从金属表面打出来一样,即光电效应.勒纳德总结出这一现象的两条经验规律:(1)只有光的频率高于某一定值时,才能从某一金属表面打出电子来,被打出的电子的能量(或速度)只与光的频率有关,电子的能量随光的频率的增高而增大.(2)被打出的电子的数目只与光的强度有关而与光的频率无关.用经典物理学的理论是无论如何解释不了这两条经验规律的.爱因斯坦发展了普朗克的能量量子化概念,利用普朗克常数提出光量子概念,成功地解释了光电效应.他在1905年的<<关于光的产生和转化的一个启发性观点>>著名论文中写道:“在我看来,如果假定光的能量不连续地分布于空间的话,那么我们就可以更好地理解黑体辐射、光致发光、紫外线产生阴极射线以及其它涉及光的发射与转换的现象的各种观测结果.根据这种假设,从一点发出的光线传播时,在不断扩大的空间范围内能量不是连续分布的,而是由一个数目有限的局限于空间中的能量量子所组成的,它们在运动中并不瓦解,而是整个地被吸收或发射.”据此,爱因斯坦提出,照射到金属表面上的光,就是光粒子流,频率为γ的光,就是能量为γh 的光量子流.金属表面的电子只有吸收了能量为γh 的光量子流才会逸出表面,这时γh 等于电子脱出金属表面所作功(w)与电子获得的动能的和,即221mv w h +=γ(v 为电子的逸出速度).显然如果入射光的频率过小()w h ≤γ则不会有电子被打出;频率越大,电子的运动速度(v )越大;增加光的强度而不提高光的频率,虽可增多光电子的数量,但不影响它的运动速度.光量子假说的提出是波的微粒说在更高水平上的某种复归,揭示了光既有波动性又有微粒性的双重特性.密立根当初不相信光的量子理论,本想用实验来否定它,最后却不得不宣告:“结果和我所有的预期相反.”他全面证实了爱因斯坦光电方程,并且第一次从光电效应中测定出的普朗克常数为341056.6-⨯焦·秒,与普朗克1900年从黑体辐射计算得出的结果相符合.1922—1923年,康普顿把来自铜靶的X射线投射到石墨上以观测被散射后的X射线.他发现被石墨散射的X射线有两种不同频率的成份.康普顿用爱因斯坦的光量子理论完满地解释了他的实验结果,从而又一次证实了光量子理论的正确性.这些令人信服的事实转变了一些物理学家对量子论的怀疑态度,并发展了量子论.在量子论的初期,固体比热是继黑体辐射和光电效应之后的又一重大课题.根据麦克斯韦—玻尔兹曼能量均分原理讨论固体的热容量所得的结果,在高温和室温范围内与实验值符合,但在低温范围内与实验不符,这个问题是经典物理不能解释的.1907年爱因斯坦进一步把普朗克常数及能量量子化作用于固体比热,得到热容量:2213⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛••=KT h KT h V e e kT h Nk C γγγ克服了经典理论的又一大难题,并及时得到能斯特的验证和大力宣传,使量子论开始被人们所认识.普朗克常数h 的存在为原子提供稳定性是促进量子论形成的又一因素.卢瑟福依据α粒子散射实验提出了原子有核模型,但从经典物理学去解释这个模型却导致了新的困难.首先,根据经典电磁理论,电子绕核运动它要向外发射电磁波,能量将逐渐减少,因而电子绕核旋转的频率也将逐渐改变,这样它将向外发射连续光谱,这与原子的线光谱相矛盾.其次,由于原子能量的逐渐减少,电子绕核运动的半径将逐渐减小而很快落到核上.计算表明,原子的“寿命”仅约1210-秒的时间,这与原子是一个稳定的系统的事实是根本矛盾的.。
普朗克常数的发现
普朗克常数的发现摘要:1.普朗克常数的概念2.普朗克常数的发现历程3.普朗克常数的意义4.普朗克常数在现代科学中的应用正文:普朗克常数是物理学中的一个重要常数,用于描述量子化现象。
它的发现历程充满了科学家们的智慧和勇气,成为了科学史上的一个重要里程碑。
普朗克常数的概念最早由德国物理学家马克斯·普朗克在1900 年提出。
当时,他正在研究黑体辐射问题,发现只有通过引入量子化条件,才能解释实验数据。
普朗克提出了一个新的假设:能量是以离散化的方式存在的,即能量不是连续的,而是以一个个最小单位(即能量子)的形式存在的。
这个假设打破了当时物理学界普遍认为的能量连续性观念,为量子物理学的发展奠定了基础。
普朗克常数就是描述这个最小能量单位的常数,用符号h 表示。
它的数值是通过实验测定得到的,目前公认的精确值为6.626070049×10^-34 J·s。
普朗克常数是一个极其微小的数值,意味着能量子的能量是非常微小的,但它的存在却对物理学的发展产生了深远的影响。
普朗克常数的发现具有重要的意义。
首先,它揭示了自然界的量子化现象,即物质和能量的行为不是连续的,而是以离散的形式存在的。
这个观念在后来的科学发展中得到了广泛的证实,如波粒二象性、原子结构等。
其次,普朗克常数的发现奠定了量子力学的基础,为科学家们研究微观世界提供了一个重要的理论工具。
在现代科学中,普朗克常数有着广泛的应用。
在量子力学、统计物理学、量子化学等领域,普朗克常数都是一个不可或缺的参数。
它帮助科学家们解释了众多实验现象,推动了科学的进步。
普朗克常量的物理学意义
普朗克常量的物理学意义普朗克常量被誉为现代物理学的一个基石,是量子力学理论中最为核心的物理常量之一。
普朗克常量的物理学意义非常重要,它与能量、频率、波长等有着密切的联系。
在本文中,我们将从多个角度来探讨普朗克常量的物理学意义。
首先,普朗克常量体现了光的波粒二象性。
在物理学中,波粒二象性是一种独特的现象,即光既可以像粒子一样表现,也可以像波一样展现。
普朗克常量为 6.62607004 × 10^-34 J·s,是量子理论中描述光的粒子性质的基本常量。
通过普朗克常量的计算,我们可以精确地测量光的能量、频率、波长等物理量,从而更好地说明波粒二象性的存在。
其次,普朗克常量是量子物理学中最为基本的常量之一。
量子物理学是研究微观粒子行为的物理学分支,它通过普朗克常量来描述能量与频率之间的关系,从而建立了现代物理学的基础理论。
普朗克常量也是量子力学基本方程中的一个重要参数,能够用来计算电子能级、光谱等量子现象。
量子力学中的波函数、哈密顿量、狄拉克方程等都涉及到普朗克常量的应用。
此外,普朗克常量还与物质中的粒子行为有着密切关系。
在粒子物理学领域中,普朗克常量可以用来描述微观数量级的粒子行为。
例如,通过普朗克常量的计算,我们可以测量出微观粒子的质量、自旋、角动量等重要物理量。
这些粒子行为的研究对于揭示物质微细结构、探究宇宙粒子等领域有着重要的科学意义。
最后,普朗克常量还可以被用来研究黑体辐射的特性。
黑体辐射是指一种特殊的辐射现象,即处于一定温度下的物体会发出不同波长的光线。
普朗克常量在黑体辐射研究中起到了很重要的作用。
根据普朗克定律,黑体辐射的光谱具有一定的关系式,其中普朗克常量对于光谱分布的起伏和曲率都有着影响。
总之,普朗克常量作为量子力学的核心常量之一,其物理学意义十分重要。
通过普朗克常量的计算,我们可以更加深入地研究光的波粒二象性、微观粒子的行为特性、黑体辐射的光谱分布等多方面的物理学现象,依托普朗克常量的探究和应用,我们对于物理学的认识和理解将会更加深刻和广阔。
普朗克常数的发现
普朗克常数的发现【最新版】目录1.普朗克常数的背景和意义2.普朗克常数的发现过程3.普朗克常数在科学领域的应用4.普朗克常数的影响和启示正文普朗克常数是物理学中的一个重要常数,它标志着量子物理学的开端,对于我们理解原子、分子和基本粒子的行为有着重要的意义。
普朗克常数的发现,不仅改变了人们对于物质的认识,也为科学的发展带来了全新的视角和思考方式。
普朗克常数的发现过程可以追溯到 1900 年,当时德国物理学家马克斯·普朗克正在研究黑体辐射问题。
他发现,只有通过引入量子化的概念,才能解释黑体辐射的实验结果。
于是,他提出了一个假设:能量是由离散的小颗粒组成的,这些小颗粒的大小是与一个常数有关的。
这个常数后来被称为普朗克常数。
普朗克常数在科学领域有着广泛的应用。
在量子力学中,普朗克常数是用来描述量子化的基本单位。
在统计物理学中,普朗克常数可以用来描述粒子的数量。
在宇宙学中,普朗克常数也被用来描述宇宙的尺度。
普朗克常数的发现,对我们的科学认识产生了深远的影响。
它让我们意识到,物质的行为并不是像我们想象的那样连续和均匀,而是存在着离散和量子化的特征。
这个发现打破了经典物理学的框架,开启了量子物理学的时代。
普朗克常数的发现,也给我们带来了重要的启示。
它告诉我们,科学研究并不是一条直线,而是充满了曲折和挫折。
只有通过不断的尝试和探索,才能找到新的真理。
同时,普朗克常数的发现也告诉我们,科学是需要勇气和创新的。
普朗克在提出量子化假设的时候,面临着巨大的压力和质疑。
但他坚持了下来,为我们的科学认识开辟了新的天地。
总的来说,普朗克常数的发现,不仅是物理学的一个重要里程碑,也是科学精神的一个重要体现。
关于普朗克常数的物理意义探讨
关于普朗克常数的物理意义探讨作者:黄嘉兴来源:《中国科技博览》2015年第26期[摘要]普朗克常数是众多物理常量中相对较难理解的常量之一,但它是随着量子理论的发展,逐渐被认识并予以重视,那么本文就是对普朗克常量展开物理意义的探讨,以便更好地理解和记忆。
[关键词]普朗克常数、量子物理、物理意义中图分类号:O431.2 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)26-0374-011 普朗克常数h的出现过程在二十世纪以前,物理学的各个分支都已具备相当完善的理论体系,并且在实验和应用中都得到了验证,并逐步推广起来。
但是,在一些物理现象中,人们发现了用经典物理理论仍然无法去解释,比如说黑体辐射问题,这就慢慢衍生出来了新的物理理论。
为了更好地解决黑体辐射问题,普朗克从十九世纪末开始关注黑体辐射问题,经过整整六年的日日夜夜的研究,他在Rayleigh-Jeans公式和Wien定律的基础上使用内插法得到了一个新的辐射定律,并在二十世纪的开端,对外公布了他自己对黑体辐射的最新研究结果:物质所吸收或辐射的能量,必须是一个能量单位最小值的整数倍,一份一份地往外发射,因此他引入了一个常数,也就是用h 表示的普朗克常数。
2 普朗克常数h的物理意义的探讨普朗克常数的提出,尤其是以h为表征的量子概念,开创了现代物理学的新纪元,所作的贡献无法估量。
首当其冲就是推进了量子论的树立并获取有效进步,量子论的生存争斗与早期的进步,都是紧紧地环绕着普朗克常数h的物理解释进行。
2.1 h促进了量子论的建立和发展虽然引进普朗克常数开创了量子论,但在当时社会背景下,缺乏有效的传播途径,也因为这样没有获取人们的完全认识,甚至马克斯·普朗克在新思想的提出之后,也感到不安想着回到旧轨道,最先意识到量子概念的严重性,并为量子论开展打开布局的是爱因斯坦。
爱因斯坦提出,照射到金属表面上的光,也就是光粒子流,频率为的光,即是能量为的光量子流。
普朗克常数和能量
普朗克常数和能量
【原创实用版】
目录
1.普朗克常数的定义与意义
2.普朗克常数与量子力学的关系
3.普朗克常数在能量转换中的作用
4.普朗克常数的应用及发展前景
正文
普朗克常数是一个重要的物理学常数,它代表着量子力学的基本尺度。
普朗克常数的定义是:一个光子的能量等于普朗克常数乘以光子的频率。
这个定义揭示了光子的量子性质,因为在经典物理学中,光被看作是一种波动,而不是离散的量子。
普朗克常数在量子力学中的重要性体现在它连接了能量和量子。
根据普朗克常数的定义,能量是以离散的量子为单位的,而不是连续的。
这个观点是量子力学的核心思想,它解释了很多以前无法解释的现象,例如光电效应和康普顿散射。
普朗克常数在能量转换中也起着重要的作用。
它可以用来计算光子的能量,这对于太阳能电池和 LED 等能量转换设备非常重要。
普朗克常数
也可以用来解释黑体辐射,这是热能转化为光能的过程。
普朗克常数的应用不仅仅局限于物理学,它也在许多其他领域发挥着重要的作用。
例如,在生物学中,普朗克常数可以用来计算光合作用中光子的能量,这对于理解光合作用的机制非常重要。
在化学中,普朗克常数可以用来计算分子的振动能级,这对于理解化学反应的机制也非常重要。
随着科技的发展,普朗克常数的精确测量和应用也在不断地发展。
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质量单位标准 普朗克常量
质量单位标准普朗克常量普朗克常量是物理学中非常重要的一个常量,在量子力学和相对论等多个领域都有重要应用。
作为描述微观世界的基础物理常数之一,普朗克常量的精确测量和标准化是现代科学技术发展的关键。
一、普朗克常量的定义和意义普朗克常量由德国物理学家马克斯·普朗克于1900年提出。
它的大小为6.62607015×10^-34J·s。
普朗克常量通常用h来表示。
普朗克常量的数量级很小,但在微观世界的物理过程中却起着举足轻重的作用。
在量子力学中,普朗克常量是描述微观粒子行为的基本物理常数。
它出现在海森堡不确定性原理中,限制了测量微观粒子的位置和动量的精确程度。
普朗克常量还出现在能量和频率之间的关系公式中,E=hf,其中E为能量,h为普朗克常量,f为频率。
这个公式不仅在光量子学、原子物理中有重要应用,还在半导体器件、激光技术等现代物理学和工程学领域有着重要的作用。
普朗克常量也出现在相对论物理中,如爱因斯坦的光电效应理论中,光的能量和频率关系也用到了普朗克常量。
可以说普朗克常量是连接量子力学和相对论的桥梁,对于描述微观世界的物理过程有着至关重要的作用。
二、普朗克常量的测量和标准化普朗克常量的准确测量对于实验物理学和工程技术都具有非常重要的意义。
准确测量普朗克常量需要使用先进的实验装置和精密的测量技术,如光子晶格钟、气体绝热容器、约瑟夫棱镜光谱仪等。
为了获得准确的普朗克常量数值,国际上建立了一系列的质量单位标准。
在国际单位制(SI)中,普朗克常量被定义为精确的数值,即6.62607015×10^-34J·s。
这使得普朗克常量成为了国际上通用的标准物理常数,任何国家都可以通过测量物理实验来验证和修正普朗克常量的数值。
普朗克常量的标准化和测量是一个跨学科、跨国际的合作工程。
国际上的一些权威机构,如国际计量局(BIPM)、国际物理学联合会(IUPAP)等都参与了普朗克常量的标准化和测量工作,确保了普朗克常量在全球范围内的准确性和稳定性。
普朗克常数公式
普朗克常数公式普朗克常数是量子物理学中的一个基本参数,用于描述微观世界的最小能量单位。
它的数值由德国物理学家马克斯·普朗克在1900年提出,标志着量子时代的开始。
本文将介绍普朗克常数的定义、意义以及在物理学领域的应用和现实生活中的实例。
一、普朗克常数的定义和意义普朗克常数(Planck constant)用符号h表示,单位为焦耳·秒(J·s),它的数值约为6.626×10^-34 J·s。
普朗克常数有两个基本意义:1.它是一个能量的单位,表示量子化的最小能量单位。
在经典物理学中,能量是连续的,而在量子物理学中,能量是离散的,以普朗克常数为最小单位进行量子化。
2.普朗克常数与光速相结合,构成了量子力学的基本框架。
光速是宏观世界和微观世界的分界线,而普朗克常数则揭示了微观世界的量子特性。
二、普朗克常数与量子物理学的关系普朗克常数是量子物理学的基础,它奠定了量子化的概念。
量子物理学揭示了微观世界的规律,与经典物理学有很大不同。
在量子世界中,粒子和波的双重性、不确定性原理以及波函数坍缩等现象成为主导。
普朗克常数在这一理论体系中起着关键作用。
三、普朗克常数在物理学领域的应用普朗克常数在物理学中具有广泛的应用,例如:1.量子力学:普朗克常数是量子力学的基本参数,用于描述粒子的能量、动量、角动量等。
2.量子比特:在量子计算中,普朗克常数用于衡量量子比特的状态和运算。
3.光谱分析:普朗克常数与光速共同确定了电磁波的量子化,从而应用于光谱分析等领域。
四、普朗克常数在现实生活中的实例普朗克常数虽然是一个微观的物理概念,但在现实生活中也有一定的应用,例如:1.激光技术:激光的原理基于量子物理学,普朗克常数在这一领域具有重要作用。
2.半导体技术:半导体材料的特性受到量子力学的影响,普朗克常数在这里发挥着关键作用。
3.核能:核能的释放与核子的量子特性密切相关,普朗克常数在这里也起到关键作用。
普朗克常数及其在量子力学中的应用
普朗克常数及其在量子力学中的应用普朗克常数是量子力学中的重要常数之一,它由德国物理学家马克斯·普朗克于1900年提出,被广泛应用于描述微观领域的物理现象。
本文将介绍普朗克常数的概念和意义,并探讨它在量子力学中的应用。
普朗克常数的定义为h=6.62607004×10⁻³⁴ J·s,它表示了微观粒子的能量量子化现象。
在经典物理学中,能量是连续变化的,可以任意取值。
但是当物理学家开始研究微观世界时,他们发现某些现象无法用经典物理学来解释,如黑体辐射和电子发射。
为了解决这些问题,普朗克引入了一个新的理论,即能量的离散化。
他认为,能量只能以最小单元的形式存在,这最小的能量单元就称为能量量子。
普朗克常数与能量量子之间有着密切的关系,其数值正是一个能量量子的大小。
通过普朗克常数,我们可以计算能量量子的大小,并将其应用于量子力学的研究中。
在量子力学中,波函数描述了微观粒子的特性,而波函数的模平方则表示了在某个位置上找到粒子的概率。
普朗克常数在波函数中起到了重要作用,它决定了波函数的振幅和相位变化的程度。
除了在波函数中的应用外,普朗克常数还与频率和波长之间的关系有着密切的联系。
根据量子力学的原理,物质粒子的能量与其频率成正比,而频率则与波长成反比。
因此,普朗克常数不仅可以用于计算能量量子的大小,还可以用于计算物质粒子的频率和波长。
这种关系在分子光谱学和量子化学中有着广泛的应用。
通过测量物质吸收或发射的光谱特征,我们可以利用普朗克常数来推导物质的能级图,从而了解分子结构和化学反应的机制。
另一个普朗克常数的重要应用领域是量子力学中的不确定性原理。
不确定性原理是量子力学的基本原理之一,它指出在测量某个物理量的时候,我们无法同时准确地确定其动量和位置。
由于普朗克常数的存在,不确定性原理将位置和动量之间的测量精度限制在了一个最小的范围内。
这种限制在微观粒子尺度上尤为明显,而在宏观尺度上则可以忽略不计。
plank 常数
plank 常数物理学中的普朗克常数是一个重要的常数,它被用来描述量子力学中的自然界。
本文将介绍普朗克常数的定义、历史背景、应用以及其在科学研究中的重要性。
一、普朗克常数的定义普朗克常数被表示为h,它用来量化量子力学的基本原理。
它的数值约为6.62607015×10^-34 J·s。
普朗克常数的量纲是能量乘以时间。
二、普朗克常数的历史背景普朗克常数是由德国物理学家马克斯·普朗克在20世纪初提出的。
他在研究黑体辐射时,发现了辐射的能量是以离散的形式存在,而不是连续的。
为了解释这个现象,普朗克提出了量子概念,并引入了普朗克常数h。
三、普朗克常数的应用1. 计算光子能量:光子的能量可以通过普朗克常数和光波的频率来计算。
根据公式E = hν,其中E代表光子的能量,h代表普朗克常数,ν代表光波的频率。
2. 量子力学研究:普朗克常数是量子力学中一些重要方程的基础,如薛定谔方程和量子力学中的波粒二象性描述等。
这些方程和概念的推导和解释都离不开普朗克常数的运用。
3. 原子物理研究:在原子物理学中,普朗克常数被广泛应用于描述原子能级、能态和粒子间的相互作用。
它在解释和研究原子光谱、分子结构和辐射现象中起着重要的作用。
4. 粒子物理学研究:在粒子物理学领域,普朗克常数被用于解释微观粒子的行为和相互作用。
例如,在描述粒子的能量、速度和角动量等方面,普朗克常数都起着重要的作用。
四、普朗克常数的重要性普朗克常数的引入和应用使得量子力学得到了很大的发展和推广。
它不仅开创了新的物理学分支,也揭示了微观世界中奇妙而古怪的规律。
普朗克常数的数值极小,但它对于粒子尺度的现象具有决定性的影响。
普朗克常数的研究也促使了人们对自然界的更深入理解,对于物理学的发展起到了重要作用。
它已经成为了现代物理学的基础常数之一。
总结:本文介绍了普朗克常数的定义、历史背景、应用以及其在科学研究中的重要性。
普朗克常数作为量子力学的基本常数,在光子能量计算、量子力学和原子物理学研究以及粒子物理学等领域起着重要的作用。
普朗克常数和能量
普朗克常数和能量引言普朗克常数是量子力学的基础常数之一,它对于描述微观世界的能量和频率具有重要作用。
本文将介绍普朗克常数的定义、量纲、物理意义以及与能量的关系。
同时,还将讨论普朗克常数在黑体辐射、光子学和原子物理等领域的应用。
普朗克常数的定义和量纲普朗克常数(Planck’s constant),通常用符号”h”表示,是量子力学中最重要的基本常数之一。
它由德国物理学家马克斯·普朗克于1900年提出,并被用于解释黑体辐射问题,为量子力学的诞生奠定了基础。
普朗克常数的数值为6.62607015×10^-34 J·s。
其中,J表示焦耳(能量的国际单位),s表示秒(时间的国际单位)。
因此,普朗克常数的量纲为能量乘以时间的倒数,即[ML2T{-1}]。
普朗克常数的物理意义普朗克常数的物理意义在于它揭示了能量的离散性和微观粒子的波粒二象性。
根据量子力学的原理,微观粒子的能量是量子化的,即只能取离散的数值。
普朗克常数h就是量子化能量的比例常数。
根据普朗克常数的定义,我们可以得到能量的量子化公式:[E = nh],其中E表示能量,n为量子数,()表示频率。
这个公式表明,能量的大小和频率成正比,而比例常数就是普朗克常数h。
这也意味着,能量的大小是由微观粒子的频率决定的,频率越高,能量越大。
普朗克常数与能量的关系普朗克常数和能量之间的关系可以从量子化能量的公式中看出。
根据公式[E = nh],我们可以得到以下结论:1.能量是离散的:根据公式,能量只能取离散的数值,而不能连续变化。
这是量子力学的基本原理之一。
2.能量和频率成正比:能量的大小与频率成正比,频率越高,能量越大。
这也符合我们日常生活中的经验,例如高频率的光线比低频率的光线更具能量。
普朗克常数还可以用于计算光子的能量。
根据光的波粒二象性,光可以看作是由粒子组成的,每个粒子被称为光子。
光子的能量可以通过普朗克常数和光的频率计算得到:[E = h]。
普朗克常数及其在物理化学中的应用
普朗克常数及其在物理化学中的应用介绍普朗克常数普朗克常数是量子力学中一项非常重要的常数。
它的意义在于,它为我们提供了一个能够理解微观世界的基础。
这个常数的值是6.62607015×10^-34J·s。
在经典物理学中,任何物体的能量都可以被表示为它的质量乘以其速度的平方。
但在微观层面,这个规律不再适用。
据科学家所测量,微观空间内的质子、电子等微观粒子都有一个最小的能量量。
这就被称为“基本粒子”,而普朗克常数就是描述这些粒子的能量的基本单位。
普朗克常数与量子力学量子力学是研究微观领域的物理学分支。
普朗克常数是量子力学基础理论的重要组成部分。
它在量子力学理论中扮演着非常重要的角色。
在量子力学中,所有粒子都具有波动性。
具有波动性的粒子称为波粒二象性。
和传统的经典力学不同,量子力学认为任何物体都具有一定的波动性质。
利用波动的概念,物理学家们重新解释了物理世界的各种现象。
普朗克常数在量子力学中被用来衡量电子的波长和频率之间的关系。
这个关系可以通过一个公式来表示:E=hf,其中E为能量,h为普朗克常数,f为频率。
这个公式告诉我们,能量和频率是紧密相关的,而普朗克常数就是这个相关关系的基础单位。
普朗克常数在物理化学中的应用除了在量子力学中,普朗克常数在物理化学领域中也发挥着重要的作用。
它被广泛地应用于生物技术、医药探索,以及新型材料的研究中。
例如,在生物技术领域中,利用光谱技术研究化学反应机理和分子间的相互作用。
这个过程需要用到波长和频率的概念,而普朗克常数就是这个概念的基础单位。
另外,在医药探索领域,一种新的药物被发现需要通过分析和研究大量化学反应来实现。
普朗克常数可以用来衡量药物分子与其他物质之间的相互作用力量,从而找到一种合适的药物,以治疗一些疾病。
总结普朗克常数是量子力学中一项非常重要的常数,它为我们提供了解微观世界的基础。
在量子力学中,普朗克常数用来描述粒子的能量,而在物理化学领域中,它被广泛地应用于生物技术、医药探索以及新型材料的研究中。
普朗克常数公式
普朗克常数公式
摘要:
一、引言
二、普朗克常数的定义
三、普朗克常数的重要性
四、普朗克常数的应用领域
五、结论
正文:
普朗克常数公式是一个物理学中非常重要的公式,它表示的是量子力学中的一个基本常数。
这个常数的值为h = 6.62606896(33) × 10^-34 J·s。
它是一个无量纲的常数,被广泛应用于物理学、化学和工程学等领域。
普朗克常数的定义是量子力学中一个基本能量单位的值,这个单位被称为能量子。
能量子的定义是:一个量子力学系统中的最小能量变化量,它等于普朗克常数乘以一个光子的能量。
这个定义非常重要,因为它说明了量子力学中的最小能量单位,从而解释了量子力学中的一系列现象。
普朗克常数的重要性在于它揭示了量子力学中的基本规律。
在量子力学中,一个系统的能量不是连续变化的,而是以最小能量单位——能量子进行跳跃式变化的。
这种跳跃式变化是由普朗克常数定义的,因此,普朗克常数是理解量子力学现象的基础。
普朗克常数的应用领域非常广泛。
它被应用于量子力学、量子场论、量子化学、量子力学计算等领域。
在量子力学中,普朗克常数被用来计算能量、动
量、角动量等物理量的量子化数值。
在量子场论中,普朗克常数被用来计算场的基本量子——光子——的能量和动量。
在量子化学中,普朗克常数被用来计算分子的能级和谱线。
在量子力学计算中,普朗克常数被用来模拟量子系统的演化。
总结起来,普朗克常数公式是量子力学中的一个基本公式,它揭示了量子力学中的最小能量单位,从而解释了量子力学中的一系列现象。
量子力学中的基本常数解密
量子力学中的基本常数解密随着科学技术的不断发展,人类对于宇宙的探索也越发深入。
而量子力学作为解释微观世界的基本理论,其中涉及的基本常数被视为揭示宇宙奥秘的钥匙。
本文将带您一同解密量子力学中的基本常数,探究它们背后的原理及其在科学研究中的重要性。
一、普朗克常数(Planck's constant)普朗克常数(Planck's constant)是量子力学中的基本常数之一,通常用符号h来表示。
它的数值为6.62607015×10^(-34) J·s。
普朗克常数的引入是为了解释黑体辐射问题而提出的,但后来被证实在其他领域也有重要的应用。
普朗克常数的意义在于它揭示了能量在微观世界中的离散性质。
根据量子力学的原理,能量的传递是以最小单位为粒子(光子)来进行的,而普朗克常数决定了能量量子的大小。
换言之,普朗克常数可以看作量子力学世界中能量的基本单位。
进一步研究发现,普朗克常数不仅与能量有关,还与时间紧密相连。
这就引入了著名的不确定性原理,即根据海森堡不确定性原理,我们无法同时准确知道一个粒子的位置和动量,它们之间存在一个不确定性的关系,而普朗克常数则是不确定性原理的基础之一。
二、光速(Speed of Light)光速(Speed of Light)是另一个在量子力学中起重要作用的基本常数。
它的数值为299,792,458 m/s,通常用符号c来表示。
光速是指光在真空中传播的速度,也是自然界中最快的速度。
在相对论中,光速被视为一个自然界中的极限速度,任何物质的传播速度都无法超过光速。
在量子力学中,光速的存在意味着信息传递的最大速度是有限的。
这一结论在通信、计算机科学等领域有着重要的应用,也限制了人类对于宇宙的探索速度。
与光速相关的一个重要常数是真空中的电磁波阻抗,通常用符号Z0表示。
它的数值为376.730313668 Ω。
光速与电磁波阻抗之间的关系可以用光速公式c=1/√(μ0ε0)来表示,其中μ0是真空中磁导率,ε0是真空中介电常数。
普朗克恒量的重要地位在量子上就此讨论
普朗克恒量的重要地位在量子上就此讨论普朗克恒量,也被称为普朗克常数,是量子力学中的一个基本物理常量,由德国物理学家马克斯·普朗克在1900年提出。
它在量子力学的理论与实践中扮演着重要角色,并影响着我们对微观世界的理解。
本文将讨论普朗克恒量的重要地位以及在量子领域中的应用。
普朗克常数即普朗克恒量,通常用符号h表示。
它的数值为6.62607015×10^-34焦耳秒,具有量子力学中的量纲。
普朗克常数与能量、频率以及光子的动量等一系列与量子相关的物理量之间存在着密切的关联。
首先,普朗克常数在计算微观粒子的能级结构和辐射问题中起着重要的作用。
根据量子力学的理论,微观粒子的能量是量子化的,只能取离散的特定数值。
普朗克常数将能量的量子化与频率联系了起来,表达为E = hf,其中E为能量,h为普朗克常数,f为频率。
通过普朗克常数,我们能够计算出微观粒子的能级结构以及光子辐射的能量。
其次,普朗克常数也与波粒二象性理论密切相关。
在量子力学中,粒子既具有粒子性又具有波动性,这一概念由德布罗意在1924年提出,并由实验证实。
根据德布罗意的假设,粒子的波长与其动量具有关联关系,表达为λ = h / p,其中λ为波长,p为动量。
普朗克常数h在这个公式中起着重要的作用,它在描述粒子波动性的组成中扮演着关键的角色。
此外,普朗克常数与不确定性原理也有着密切的联系。
不确定性原理是量子力学中最基本的原理之一,由海森堡于1927年提出。
该原理表明,在同一时间内,无法同时准确测量粒子的位置和动量。
不确定性原理的数学表达式为ΔxΔp ≥ h/4π,其中Δx为位置的不确定度,Δp为动量的不确定度。
普朗克常数的存在是不确定性原理成立的基础之一,它改变了我们对粒子行为的经典理解,引出了全新的量子力学概念。
除了上述基本的理论意义外,普朗克常数在实际应用中也发挥着重要的作用。
例如,在纳米科学和纳米技术领域,普朗克常数被用来计算纳米结构的能级和能带结构,进而研究材料的电学、光学和磁学性质。
试论普朗克常数的物理意义
[文章摘要]:通常认为:普朗克常数是一个物理常数,是用以描述量子的大小的。但其真实 的物理意义到底是什么呢?这方面的研究似乎并不多,也没有公认的和统一的结论。通过本文 的分析与研究发现:普朗克所称的能量子就是单位时间内,单个原子/分子热运动产生的等效辐 射强度;普朗克常数就是单个原子/分子热运动一个周期内产生的等效辐射强度。 一、普朗克常数的提出 普朗克常数记为h,是一个物理常数,用以描述量子大小。在量子力学中占有重要的角色。马克 斯·普朗克在1900年研究物体热辐射的规律时发现,只有假定电磁波的发射和吸收不是连续的, 而是一份一份地进行的,计算的结果才能和试验结果是相符。这样的一份能量叫做能量子,每 一份能量子等于hν ,ν 为辐射电磁波的频率,h为一常量,叫为普朗克常数。普朗克常数是物理 学中一个实实在在的、具有重要意义的、神奇的自然常数。
3、正弦波等效辐射强度与能量子间的关系 我们知道,任何客观实体构成的黑体均是由某些元素构成的原子或分子组成的。黑体辐射实质 上就是分子/原子热运动产生的变化的电磁场。因此,我们可以合理地推断:普朗克所假定的能 量子就是由单个原子/分子产生的特定频率的电磁波。由于原子/分子的电荷量相等、热运动的振 幅也基本相同。因此,其产生的电磁波的振幅也基本相等。也就是振幅A值基本相等。由此可 见:能量子的辐射强度应该与同频率的正弦波的等效辐射强度相等,则有:
从(公式八)可知:黑体中分子/原子热运动等效数量并非整数个,这是因为电磁场是由不同运 动速度、运动方向和相位的热运动分子/原子产生的电磁场矢量叠加的结果。并不是能量子产生 的能量的标量叠加。这也证明了黑体辐射并非一份一份地发射与吸收,而是遵循矢量叠加原则 的。 同时,(公式八)是描述黑体内部表面参与产生辐射的等效分子/原子数量与频率的关系,也就 是等效分子/原子数量随频率的不同而不同才是导致黑体辐射强度随频率变化的根源。
浅谈普朗克常数
浅谈普朗克常数普朗克常数的发现, 在物理学的发展史上具有划时代的意义,它是现代物理学中最重要的物理常数之一,它区分为宏观客体和微观客体的界限。
普朗克常数记为h,是一个物理常数,用以描述量子大小。
在量子力学中占有重要的角色,马克思普朗克在1900年研究物体热辐射的规律时发现,只有假定电磁波的发射和吸收不是连续的,而是一份一份的进行的,计算的结果和试验的结果相符。
这样的一份能量叫做能量子,每一份能量子等于hv,v为辐射电磁波的频率,h为一个常数。
叫普朗克常数。
它第一次表明了辐射能量的不连续性,这是现代物理学中富有革命性的事件。
由于它的发现,物理学进入了一个全新的时代, 这个理论物理学的新概念导致了量子理论的建立。
普朗克常数发现前经典物理面临的困难19 世纪末20 世纪初, 物理学的各分支已相当成熟, 建立起了系统的理论, 在应用中发挥越来越大的作用。
但是,在和实验进一步对比的过程中,也出现了一些经典物理的范畴内无法解决的困难。
黑体辐射19 世纪末, 人们用经典物理学解释黑体辐射实验时, 出现了著名的所谓“紫外灾难”。
虽然瑞利、金斯和维恩分别提出了两个公式,企图弄清黑体辐射的规律,但是和实验相比,瑞利- 金斯公式只在低频范围符合, 而维恩公式只在高频范围符合。
光电效应由光照导致的电子从金属表面的发射,称为光电效应。
对于表面光洁的金属材料,人们积累了如下实验事实: (1) 饱和光电流与光强成正比; (2) 光电效应存在一个临界频率υ0 , 当入射光的频率υ低于临界频率υ0 时, 不论光的强度如何, 都没有光电效应产生; (3) 光电子的动能与光强无关,但与入射光的频率成线性关系; (4) 光电效应是“瞬时”的,当入射光的频率大于临界频率时,一经光照射,立刻产生光电子。
显然,这些实验结果是无法用经典电磁理论解释的, 因为按经典电动力学, 光是电磁波, 电磁波的能量决定于它的强度, 即只与电磁波的振幅有关,而与电磁波的频率无关。
普朗克常数ev
普朗克常数ev
普朗克常数是物理学中一个非常重要的常数,是描述量子力学的基本量。
下面将从定义、量纲、意义和应用等方面来介绍普朗克常数。
1. 定义
普朗克常数是量子力学中的一个基本常数,通常用符号h表示,它的
定义为:一个能量为1个光子的光子平均能量(也叫光子的能量量子)与它的频率的乘积,即h=E/ν。
其中,E为光子平均能量,ν为光子的
频率。
2. 量纲
普朗克常数的量纲是能量乘以时间,即J·s。
由于量子力学将物理量量
子化,普朗克常数的存在使得物理世界不再是连续的,而是由一个个
能量量子拼成的。
3. 意义
普朗克常数是描述量子力学中能量量子化的基础常数,是量子力学理
论体系的基础之一。
它与电子电荷量、光速等基本物理常数一起构成
了基本量纲系统。
另外,普朗克常数还与黑体辐射、化学键的形成等
现象有着密切的关系。
4. 应用
普朗克常数广泛应用于物理学、化学、材料科学等领域。
在材料科学中,普朗克常数被用来计算材料的晶格常数、键能、布里渊区等。
在
化学中,它与声谱学结合使用,可以确定分子的结构和化学键的能量。
在物理学中,它被用来计算黑体辐射和波动性粒子的不确定性原理。
此外,普朗克常数还在纳米科技、量子计算等领域有着重要的应用。
总之,普朗克常数作为量子力学中的一个基础常数,具有重要的意义
和应用价值。
在日常生活中,虽然我们很少能够直接感受到它的存在,但却无时无刻地影响着我们周围的物理世界。
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浅淡普朗克常数的重大意义
雷力峰
(雁北师范学院物理系大同037000)
摘要该文从普朗克常数的提出,它导致量子论建立和发展的过程,它所诱发的物理学领域和许多其它各科领域的发展以及它所带给人们思想影响方面,探讨了它的划时代的重大意义.
关键词普朗克常数量子
分类号N09
就普朗克常数h的意义,物理学家金斯曾说过这样一段话:“虽然h的数值很小,但是我们应当承认它是关系到保证宇宙的存在的.如果说h严格地等于零,那么宇宙间的物质能量将在十亿万之一秒的时间内全部变为辐射.”普朗克常数引入后,以普朗克常数为根本特征的量子论给我们提供了新的关于自然界的表述方法和思考方法,物理学理论发生了巨大变革,使人类认识由低速宏观领域扩展到高速微观领域.h的提出引出了一系列解释性假说,促进了量子论的建立与推广,为原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学奠定了理论基础,并且这些科研成果在化学等有关学科和许多近代技术中也得到了广泛的应用.可以说,h的出现具有划时代的重大意义.本
文就此作一简要论述.
1普朗克其人
普朗克(Max Planck 1858-1947),近代伟大的德国物理学家、量子论的奠基人.1854年4月23日生于德国基尔.1874-1877年在慕尼黑大学学习物理和数学.1877-1878年间,到柏林大学,在赫尔姆霍兹和基尔霍夫指导下学习.1879年,以《论热力学的第二定律》的论文获得慕尼黑大学博士学位.1880年,普朗克任慕尼黑大学物理讲师.1885年,任基尔霍夫大学理论物理学特约教授,.1889年,受聘于柏林大学继任基尔霍夫的职位,并兼任新设立的物理研究所所长,在那里一直工作到1926年退休为止.1900年,他在黑体辐射研究中引入能量量子,由于这一发现对物理学的发展作出的贡献,他获得者1918年诺贝尔物理学奖.1947年10月4日在格丁根逝世.
2普朗克常数的提出
普朗克长期从事热力学的研究工作,从1894年起,他的注意力转移到黑体辐射问题上.辐射问题是在1859年到1860年间提出的.当时,基尔霍夫第一个强调指出:“黑体发射率是一个由波长和温度决定的函数—至少与迄今已发现的一样,是一个简单的函数.”1896年,帕邢与维恩合作,以辐射空腔模拟黑体,作了特殊假设之后,得到维恩辐射定律:
()γγγγγρd T c c d 231ex p )(-=
其中,21,c c 为常数.
普朗克认为这个定律可以更少一些的假设推导出来,他把电磁理论用于热辐射和谐振子的相互作用,为谐振子下了定义:
γααγ'1ln u
u s =
其中,u 为振子能量,γ为振子频率,1为自由电子电荷,α和'α 代表两个正的普适常数,'α 即后来的h .
经过熵的计算,得到维恩分布定律.但随后不久的实验指出:只在波长较短、温度较低时才与实验结果相符,而在长波区域则系统地低于实验值.正在这时,瑞利从另一条途径也得到了能量分布定律,后经金斯纠正比例系数,得
KT c
u 32
8πγ= 此即瑞利—金斯定律.
实验很快得出,当频率较低时,瑞利—金斯定律的理论值与实验结果符合得较好,但它的预言在短波部分出现了辐射能量无穷大的趋向,亦即当时物理学界引人注目的“紫外灾难”.1900年10月普朗克在维恩定律与瑞利—金斯定律间找到了内插公式
β
uβ
1
e
=KT
//-
得到新的辐射公式,竟与实验结果严格符合.然而更艰巨的任务是使这个半经验公式上升到可以证明的理论公式.普朗克后来回忆道:“即使这个新的辐射公式证明是绝对精确的,如果仅仅是一个侥幸揣测出来的公式,它的价值也只能是有限的.因此,从10月19日提出这个公式开始,我就致力于找出这个公式的真正的物理意义.“”紫外灾难”的深刻危机提醒了普朗克,要从理论上给出谐振子熵表达式的物理意义,经典的电动力学方法和唯象的热力学方法都已无能为力.普朗克决定“孤注一掷”尝试用玻尔兹曼的热力学统计方法来建立熵和几率之间的联系.玻尔兹曼方法要求研究客体必须是分立的,必须考虑用一个有限的数来表示属于一个宏观态的微观态数目,因而要把总能量分为数目很大但还是有限个数的相同的能量元ε.普朗.克假设
()'α
γ
ε=
h.这样算得的熵与直接由经验公式得到的熵表达式取得了完=h
全的一致.普朗克还根据黑体辐射的测量数据,计算出普适常数h值,34
=
h焦·秒,后来人们把这个常数称为普朗克常数,面把能量元称⨯
65
10
.6-
为能量子.
3普朗克常数的贡献
普朗克常数的提出,尤其是以h为表征的量子概念,开创了现代物理学的新纪元,所作的贡献无法估量.首当其冲便是促进了量子论的建立与发展,
量子论的生存斗争和早期发展,是紧密围绕着h的物理解释进行的.
3.1 h促进了量子论的建立和发展
普朗克常数的引进开创了量子论,但在当时并没有得到人们的充分认识,甚至普朗克本人在提出新思想后也深感不安而想回到旧轨道上去.首先认识到量子概念的重要性并为量子论的发展打开局面的是爱因斯坦.
19世纪80年代,物理学界发现金属在某些频率的光的照射下会发射出电子,就好象这些电子被光从金属表面打出来一样,即光电效应.勒纳德总结出这一现象的两条经验规律:(1)只有光的频率高于某一定值时,才能从某一金属表面打出电子来,被打出的电子的能量(或速度)只与光的频率有关,电子的能量随光的频率的增高而增大.(2)被打出的电子的数目只与光的强度有关而与光的频率无关.用经典物理学的理论是无论如何解释不了这两条经验规律的.
爱因斯坦发展了普朗克的能量量子化概念,利用普朗克常数提出光量子概念,成功地解释了光电效应.他在1905年的<<关于光的产生和转化的一个启发性观点>>著名论文中写道:“在我看来,如果假定光的能量不连续地分布于空间的话,那么我们就可以更好地理解黑体辐射、光致发光、紫外线产生阴极射线以及其它涉及光的发射与转换的现象的各种观测结果.根据这种假设,从一点发出的光线传播时,在不断扩大的空间范围内能量不是连续
分布的,而是由一个数目有限的局限于空间中的能量量子所组成的,它们在运动中并不瓦解,而是整个地被吸收或发射.”据此,爱因斯坦提出,照射到金属表面上的光,就是光粒子流,频率为γ的光,就是能量为γh 的光量子流.金属表面的电子只有吸收了能量为γh 的光量子流才会逸出表面,这时γh 等于电子脱出金属表面所作功(w)与电子获得的动能的和,即
22
1mv w h +=γ(v 为电子的逸出速度).显然如果入射光的频率过小()w h ≤γ则不会有电子被打出;频率越大,电子的运动速度(v )越大;增加光的强度而不提高光的频率,虽可增多光电子的数量,但不影响它的运动速度.光量子假说的提出是波的微粒说在更高水平上的某种复归,揭示了光既有波动性又有微粒性的双重特性.
密立根当初不相信光的量子理论,本想用实验来否定它,最后却不得不宣告:“结果和我所有的预期相反.”他全面证实了爱因斯坦光电方程,并且第一次从光电效应中测定出的普朗克常数为341056.6-⨯焦·秒,与普朗克1900年从黑体辐射计算得出的结果相符合.1922—1923年,康普顿把来自铜靶的X射线投射到石墨上以观测被散射后的X射线.他发现被石墨散射的X射线有两种不同频率的成份.康普顿用爱因斯坦的光量子理论完满地解释了他的实验结果,从而又一次证实了光量子理论的正确性.这些令人信服的事实转变了一些物理学家对量子论的怀疑态度,并发展了量子论.
在量子论的初期,固体比热是继黑体辐射和光电效应之后的又一重大课题.根据麦克斯韦—玻尔兹曼能量均分原理讨论固体的热容量所得的结果,在高温和室温范围内与实验值符合,但在低温范围内与实验不符,这个问题是经典物理不能解释的.1907年爱因斯坦进一步把普朗克常数及能量量子化作用于固体比热,得到热容量:
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13⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭
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克服了经典理论的又一大难题,并及时得到能斯特的验证和大力宣传,使量子论开始被人们所认识.
普朗克常数h 的存在为原子提供稳定性是促进量子论形成的又一因素.卢瑟福依据α粒子散射实验提出了原子有核模型,但从经典物理学去解释这个模型却导致了新的困难.首先,根据经典电磁理论,电子绕核运动它要向外发射电磁波,能量将逐渐减少,因而电子绕核旋转的频率也将逐渐改变,这样它将向外发射连续光谱,这与原子的线光谱相矛盾.其次,由于原子能量的逐渐减少,电子绕核运动的半径将逐渐减小而很快落到核上.计算表明,原子的“寿命”仅约1210-秒的时间,这与原子是一个稳定的系统的事实是根本矛盾的.。