Absoluutselt musta keha kiirgus ja Plancki seadus
Kiirguse täiuslik neelaja ja kiirgaja tekitab spektri, mis sõltub ainult temperatuurist, ja klassikaline füüsika ei suutnud selle kuju üldse seletada, kuni Planck näitas, et kiiratava energia käsitlemine diskreetsete pakettidena parandas ennustuse ära — avastus, millest sai alguse kvantmehaanika.
Practise this conceptAbsoluutselt must keha on idealiseeritud objekt, mis neelab kogu sellele langeva kiirguse ja kiirgab kiirgust, mille määrab puhtalt selle enda temperatuur — "must" kirjeldab selle täiuslikku neeldumist igal lainepikkusel, mitte selle sõnasõnalist värvust, sest kuum absoluutselt must keha nähtavalt hõõgub. Selle kiirgusspektril on väga kindel kuju: tõuseb pikkadel lainepikkustel, saavutab kusagil tipu ja langeb uuesti lühikestel lainepikkustel, kogu kõver nihkub lühemate lainepikkuste poole, kui temperatuur kasvab — just seepärast hõõgub kuumutatud metall esmalt tuhmilt punaselt, siis oranžilt, siis valgelt, kui see üha kuumemaks läheb.
Üheksateistkümnenda sajandi lõpu klassikaline füüsika, käsitledes kiirgust pidevate elektromagnetlainetena, mis suudavad kanda mistahes koguse energiat, suutis selle kõvera pika lainepikkuse poole õigesti ennustada, kuid nurjus katastroofiliselt lühikestel lainepikkustel: teooria ennustas, et kiiratav energia peaks jätkuvalt piiramatult kasvama, kui lainepikkus kahaneb, tähendades, et iga soe objekt peaks kiirgama lõpmatut võimsust ultraviolettalas ja kaugemal — ultraviolettkatastroof. See ei olnud vaadeldud tulemus; see oli ennustus, mida iga tegelik mõõtmine ilmselgelt tõestas valeks, sest ükski mõõtmine ei näidanud kunagi midagi lõpmatu kiirguse sarnast.
Plancki lahendus 1900. aastal oli eeldada, et absoluutselt musta keha seinte võnkurid saavad energiat kiirata või neelata ainult diskreetsete pakettidena, kummagi suurusega hf, võrdeline sagedusega, mitte mistahes pideva kogusena. Kõrgetel sagedustel (lühikestel lainepikkustel) muutub iga pakett nii suureks, et väga vähestel võnkuritel on piisavalt energiat, et üldse üht kiirata, mis pärsib lühikese lainepikkuse kiirgust ja taastoodab vaadeldud spektri täpselt. Planck käsitles seda kvantimist matemaatilise vahendina valemi parandamiseks, uskumata algselt, et valgus ise koosneb osakestest — see edasine samm oli Einsteini oma, viis aastat hiljem, seletades fotoefekti. Plancki eeldus märgib sellegipoolest hetke, mil algas kvantmehaanika: esimest korda nõudis füüsika, et energia tuleks diskreetsete kvantidena, mitte pidevalt voolates.
Key ideas
Requires: Footonid ja kvandid
Unlocks: Tähtede klassifikatsioon ja Hertzsprung-Russelli diagramm, Kasvuhooneefekt ja planeedi energiabilanss
Common misconceptions
- Absoluutselt must keha on sõna otseses mõttes musta värvi ega peegelda kunagi ühtki valgust, mistahes temperatuuril.
- Ultraviolettkatastroof oli vaadeldud katsetulemus, mitte ebaõnnestunud klassikaline ennustus.
- Planck võttis kasutusele energia kvantimise, sest ta uskus, et valgus koosneb põhiolemuselt osakestest.
Resources
Kuulub nende TÜ ainete hulka
See mõiste on kaardistatud järgmis(t)e Tartu Ülikooli õppekava aine(te) osaliseks kattmiseks.
- OptikaLOFY.01.008
- Termodünaamika ja statistiline füüsikaLOFY.04.004
- Meteoroloogia ja klimatoloogia alusedLOOM.02.240
- Üldine astronoomiaLTTO.00.013