Квантовая физика В конце 19 века многие ученые считали – развитие физики завершилось: •Больше 200 лет существуют законы механики, теория всемирного тяготения. •Разработана МКТ •Подведен прочный фундамент под термодинамику. •Завершена максвелловская теория электромагнетизма. •Открыты фундаментальные законы сохранения (энергии, импульса, массы, электрического заряда). 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. Излучение абсолютно черного тела Абсолютно черных тел в природе не бывает. Хорошей моделью такого тела является небольшое отверстие в замкнутой полости (рис. 5.1.1). 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) = σТ4 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. 5.1.2). 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. 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. 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.