Kwant energii

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania

Kwant energii (w mechanice kwantowej) – porcja energii jaką może pochłonąć lub jaką może przekazać układ w pojedynczym akcie oddziaływania z innym układem (np. atom oddziałując z polem elektromagnetycznym może pochłonąć lub wyemitować foton).

Ad hoc (łac.: do tego) - łaciński zwrot występujący w sformułowaniu: działanie ad hoc. Działanie ad hoc oznacza działanie podejmowane doraźnie, dla zrealizowania określonego celu, tymczasowo.Mechanika kwantowa (teoria kwantów) – teoria praw ruchu obiektów świata mikroskopowego. Poszerza zakres mechaniki na odległości czasoprzestrzenne i energie, dla których przewidywania mechaniki klasycznej nie sprawdzały się. Opisuje przede wszystkim obiekty o bardzo małych masach i rozmiarach - np. atom, cząstki elementarne itp. Jej granicą dla średnich rozmiarów lub średnich energii czy pędów jest mechanika klasyczna.

Koncepcja kwantów Plancka[ | edytuj kod]

Według klasycznej teorii promieniowania Maxwella energia może być emitowana i pochłaniana w dowolnych porcjach. Jednak teoria ta nie jest w stanie opisać tak powszechnego zjawiska jakim jest promieniowanie termiczne ciał.

W 1900 Max Planck wyprowadził wzór na zależność energii promieniowania ciała doskonale czarnego od częstotliwości promieniowania, który był zgodny z pomiarami. Ciało doskonale czarne stanowi przykład idealnego ciała emitującego promieniowanie. Do wyprowadzenia wzoru Planck założył, że ciało doskonale czarne składa się z wielu różnych oscylatorów, które mogą emitować lub pochłaniać energie, które są całkowitymi wielokrotnościami kwantów energii, przy czym wielkości kwantów są proporcjonalne do częstotliwości oscylacji danego oscylatora

Kwantowy oscylator harmoniczny – układ fizyczny rozmiarów atomowych lub subatomowych (np. jon w sieci krystalicznej lub w cząsteczka gazu) wykonujący ruch drgający (oscylacyjny) pod wpływem siły proporcjonalnej do wychylenia od położenia równowagi. Właściwy opis ruchu wymaga zastosowania mechaniki kwantowej, co sprowadza się do znalezienia rozwiązań równania Schrödingera. Dowodem eksperymentalnym konieczności zastosowania mechaniki kwantowej do opisu właściwości mikroskopowych układów drgających jest np. nieciągłe widmo promieniowania emitowane przez drgające cząsteczki. Makroskopowym odpowiednikiem oscylatora kwantowego jest klasyczny oscylator harmoniczny, którym jest ciało makroskopowe o stosunkowo dużej masie, zawieszone np. na sprężynie i wykonujące drgania; do opisu jego ruchu wystarczająca jest mechanika klasyczna. Pojęcie oscylatora ma duże zastosowanie i znaczenie w wielu działach fizyki klasycznej i kwantowej.Foton (gr. φως – światło, w dopełniaczu – φοτος, nazwa stworzona przez Gilberta N. Lewisa) jest cząstką elementarną, nie posiadającą ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego, o masie spoczynkowej równej zero (m0 = 0), liczbie spinowej s = 1 (fotony są zatem bozonami). Fotony są nośnikami oddziaływań elektromagnetycznych, a ponieważ wykazują dualizm korpuskularno-falowy, są równocześnie falą elektromagnetyczną.

Stała proporcjonalności wyznaczona przez Plancka, została nazwana na jego cześć stałą Plancka.

Niels Henrik David Bohr (ur. 7 października 1885 w Kopenhadze, zm. 18 listopada 1962 tamże) – duński fizyk, laureat Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki w 1922 za opracowanie badania struktury atomu.Energia gr. ενεργεια (energeia) – skalarna wielkość fizyczna charakteryzująca stan układu fizycznego (materii) jako jego zdolność do wykonania pracy.

Rozwój idei Plancka[ | edytuj kod]

Koncepcja kwantów początkowo została poddana krytyce, ponieważ była przyjęta ad hoc, jednak później stała się jedną z fundamentalnych teorii nowego działu fizyki, który nazywa się mechaniką kwantową.

W 1905 r., tj. pięć lat po sformułowaniu przez Plancka hipotezy kwantów, Albert Einstein zapostulował, że promieniowanie elektromagnetyczne zawsze występuje w postaci kwantów, a nie tylko w aktach emisji i absorpcji energii przez oscylatory (jak to zakładał Planck). Dzięki temu m.in. objaśnił zjawisko fotoelektryczne, przyjmując, że polega ono na pochłanianiu pojedynczych kwantów promieniowania przez elektrony w atomie. W 1913 r. Niels Bohr użył koncepcji kwantu do objaśnienia występowania dyskretnych linii promieniowania atomu wodoru i stworzył model atomu. W 1923 r. Arthur Compton pokazał, że koncepcja kwantu umożliwia wyjaśnienie nowo odkrytego efektu zmiany częstotliwości promieniowania w oddziaływaniu z grafitem (zjawisko Comptona). Pełne teoretyczne wyjaśnienie koncepcji kwantyzacji promieniowania elektromagnetycznego znajduje uzasadnienie w kwantowej teorii pola.

Pole elektromagnetyczne – pole fizyczne, stan przestrzeni, w której na obiekt fizyczny mający ładunek elektryczny działają siły o naturze elektromagnetycznej. Pole elektromagnetyczne jest układem dwóch pól: pola elektrycznego i pola magnetycznego. Pola te są wzajemnie związane, a postrzeganie ich zależy też od obserwatora, wzajemną relację pól opisują równania Maxwella. Własności pola elektromagnetycznego, jego oddziaływanie z materią bada dział fizyki zwany elektrodynamiką. W mechanice kwantowej pole elektromagnetyczne jest postrzegane jako wirtualne fotony.Kwant – najmniejsza porcja, jaką może mieć lub o jaką może zmienić się dana wielkość fizyczna w pojedynczym zdarzeniu; np. kwant energii, kwant momentu pędu, kwant strumienia magnetycznego, kwant czasu.

Zobacz też[ | edytuj kod]

  • kwantowy oscylator harmoniczny
  • kwantowa teoria pola




  • Warto wiedzieć że... beta

    Promieniowanie cieplne (termiczne, temperaturowe) – promieniowanie elektromagnetyczne generowane przez cząstki naładowane elektrycznie w wyniku ich ruchu termicznego w materii. Cała materia o temperaturze większej od zera bezwzględnego emituje promieniowanie cieplne.
    Model budowy atomu Bohra – model atomu wodoru autorstwa Nielsa Bohra. Bohr przyjął wprowadzony przez Ernesta Rutherforda model atomu, według tego modelu elektron krąży wokół jądra jako naładowany punkt materialny, przyciągany przez jądro siłami elektrostatycznymi. Przez analogię do ruchu planet wokół Słońca model ten nazwano "modelem planetarnym atomu".
    Arthur Holly Compton (ur. 10 września 1892 w Wooster, Ohio, zm. 15 marca 1962 w Berkeley, Kalifornia) - amerykański fizyk, laureat Nagrody Nobla w 1927 za badania które doprowadziły do odkrycia zjawiska nazwanego jego nazwiskiem.
    Równania Maxwella – cztery podstawowe równania elektrodynamiki klasycznej zebrane i rozwinięte przez Jamesa Clerka Maxwella. Opisują one właściwości pola elektrycznego i magnetycznego oraz zależności między tymi polami.
    Zjawisko Comptona, rozpraszanie komptonowskie – zjawisko rozpraszania promieniowania X (rentgenowskiego) i promieniowania gamma, czyli promieniowania elektromagnetycznego o dużej częstotliwości, na swobodnych lub słabo związanych elektronach, w wyniku którego następuje zwiększenie długości fali promieniowania. Za słabo związany uważamy przy tym elektron, którego energia wiązania w atomie, cząsteczce lub sieci krystalicznej jest znacznie niższa, niż energia padającego fotonu. Zjawisko przebiega w tym przypadku praktycznie tak samo, jak dla elektronu swobodnego.
    Oscylator – urządzenie lub układ fizyczny wykonujący ruch drgający lub czasami w technice generujący mechanicznie, elektrycznie, elektronicznie lub w inny sposób oscylacje czyli drgania. Często termin "oscylator" utożsamia się z oscylatorem harmonicznym, to znaczy układem wykonującym drgania harmoniczne, zaś w wypadku kiedy chodzi o inne rodzaje drgań dodaje się wówczas przymiotnik – anharmoniczny.
    Promieniowanie elektromagnetyczne (fala elektromagnetyczna) – rozchodzące się w przestrzeni zaburzenie pola elektromagnetycznego.

    Reklama