Plank sabiti

Plank sabiti kvant mexanikasına aid mühüm sabitdir və elektromaqnit şüalanma kvantının (yəni, fotonun) enerjisi ilə onun tezliyi arasındakı əlaqəni ifadə edir. Plank sabiti h hərfi ilə işarə edilir:

$h=6.626\ 075\times 10^{-34}\ \mathrm {C\cdot s}$

Plank sabitinin vahidi coul və saniyənin hasilindən ibarətdir – coul•saniyə (ingiliscə joule•seconds).

Alman fizik Maks Plank (almanca Max Planck) 1900-cü il 14 dekabrda bu sabiti təqdim etmişdir. Həmin tarix kvant mexanikasının başlanğıcı hesab olunur.

Bir çox hallarda Plank sabitinin derivativindən ħ istifadə edilir:

$\hbar ={\frac {h}{2\pi }}=1.054\ 571\times 10^{-34}\ \mathrm {C\cdot s}$

Qara cisim şüalanması

Plank sabitinin tarixi qara cisim şüalanmasının öyrənilməsi ilə bağlıdır. “Qara cisim” şərti ifadədir və elə obyektə deyilir ki, o, üzərinə düşən bütün enerjini udur, müəyyən temperatura çatdıqdan sonra aldığı enerjini qaytarır. Qara cisim enerjini qaytararkən o həm də işıqlanır. Bu proses qara cisim şüalanması (ingiliscə blackbody radiation) adlanır.

1859-cu ildə alman fiziki Qustav Kirxhof qara cisimlə apardığı təcrübələrdən belə nəticəyə gəldi ki, qara cisim enerjini qaytaran zaman bu enerji cismin temperaturundan və ayrılan (qaytarılan) enerjinin tezliyindən asılı olur.

$E=J(T,\nu )$

Bu asılılıqda enerjinin (işığın) dalğa təbiəti əsas rol oynayırdı. Sonrakı onilliklər ərzində bir çox fiziklər (Cozef Stefan, Lüdviq Bolsman, Vilhelm Vin və başqaları) bu asılılığı ifadə edən düsturu (funksiyanı) tapmağa cəhd göstərdilər və bu sahədə müəyyən irəliləyişlərə nail oldular.

Orta temperaturlu lampa qırmızı rəngdə işıqlanır və ya közərir, yüksək temperaturlu lampa ağ rəngdə işıqlanır.

Qara cismin şüalanması prosesini adi dəmir çubuğun qızdırılması zamanı müşahidə etmək olar. Orta temperaturda qızdırılmış dəmir çubuq istilik verəcək, lakin onun rəngi dəyişməyəcək. Çünki onun verdiyi enerji infraqırmızı şüalanma (aşağı tezlikli) formasında olacaq, bu şüalanma gözə görünmür. Dəmir çubuq daha çox qızdırıldıqda o əvvəlcə qırmızı rəngdə, sonra narıncı və nəhayət ağ rəngdə işıq verəcək

.

Beləliklə çubuğun temperaturu yüksəldikcə ondan ayrılan enerji, başqa sözlə şüalanma daha yüksək tezliyə malik olacaq

(Vin qanunu).

Alman tədqiqatçısı Vilhelm Vin (Wilhelm Wien) qara cisim kimi fərqli obyektdən istifadə etdi. Onun qara cismi divarında dəlik açılmış sobadan ibarət idi. Sobanın dəliyindən içəri daxil edilən radiasiyanın əsas hissəsi udulur, kiçik bir hissəsi həmin dəlikdən kənara çıxa bilirdi.

Plank düsturu

1900-cü ilin oktyabrında Maks Plank bu asılılığı ən düzgün ifadə edən düsturu aldı. Bu düstur müxtəlif dalğa uzunluğuna malik radiasiya üçün düzgün nəticələr versə də Plank hələ işindən tam razı deyildi. O, qara cisimlə apardığı tədqiqatları davam etdirdi. Plank müşahidə etdi ki, qara cisimdən enerjinin davamlı deyil, hissə hissə ayrıldığını qəbul etdikdə hesablamaların nəticələri düz alınır. Plank belə qərara gəldi ki, ancaq işığın (elektromaqnit şüalanmasının) dalğa təbiətindən uzaqlaşdıqda axtarışlar düzgün nəticə verə bilər.

Uzun müddətli çalışmaların, səhvlərin və təkrar hesablamaların nəticəsində Plank 1900-cü ilin sonunda onu razı salan düsturu yarada bildi. Bu düstur qara cismin şüalanması zamanı enerji paylanmasını ifadə edirdi.

$U={\frac {8\pi h\nu ^{3}}{c^{3}}}{\frac {1}{e^{h\nu /(kT)}-1}}$

Plank aldığı nəticələr haqda hesabatı 1900-cü il dekabrın 14-də Alman Fizika Cəmiyyətinə (Physikalische Gesellschaft) təqdim etdi. Plank hesabatda enerjinin "müəyyən sayda məhdud bərabər hissələrdən ibarət" olduğunu bildirdi və "h=6.55x10^-27 erq•san təbiət sabitini" təqdim etdi.

1900-cü ilə qədər elektromaqnit şüalanması (işıq və başqa şüalanma növləri) ancaq dalğa təbiətinə malik hesab edilirdi və radiasiyanın hissələrdən ibarət olması ideyası klassik fizikada inqilab idi.

Əslində enerjinin məhdud hissələrdən (kvantlardan) ibarət olmasının kəşfi Plankın əsas işinin – qara cisim radiasiyasının qanunauyğunluğunun tapılmasının – kənar məhsulu idi (побочный продукт — by-product). Buna görə də o periodda həmin kəşfin əhəmiyyətli özəyi – enerjinin kvantizasiyası (kvantlardan ibarət olduğu) nə Plankın, nə də digər fiziklərin diqqətini cəlb etmədi.

Plankın tapdığı təbiət sabitinə sonrakı illərdə onun adı verildi, sabit digər fiziklər tərəfindən daha dəqiq hesablandı və indi qəbul edilmiş şəkli aldı.

Fotoelektrik effekt

1905-ci ildə Eynşteyn (Albert Einstein) fotolelktrik effekti öyrənməyə başladı. Materiyanın səthinə hər hansı elektromaqnetik radiasiyanın (yəni müxtəlif tezlikli fotonların) təsiri ilə materiyadan elektronların ayrılmasına fotoelektrik effekt deyilir.

Eynşteyn metal lövhə üzərinə işıq salmaqla lövhədən elektronların çıxmasına nail olurdu. O, müşahidə etdi ki, metal lövhənin üzərinə düşən işığın intensivliyini artırdıqda (yəni eyni tezlikli işığın gücünü artırdıqda) metaldan qopan elektronların sayı artsa da onların səthdən ayrılma sürəti artmadı. Lakin metal lövhənin üzərinə daha yüksək tezlikli şüalanma saldıqda bu elektronların sürətlərinin artmasına səbəb oldu, yəni elektronların enerjiləri artdı. Bu hadisəni izah etməyə çalışan Eynşteyn bu nəticəyə gəldi ki, işığın (və ya radiasiyanın) müəyyən hissələrdən ibarət olması fotoelektrik effekti yarada bilər. O bu hissəcikləri işıq kvantı adlandırdı. Eynşteyn izahatında Plank sabitindən və Plankın qara cisim şüalanması qanununun düsturundan istifadə etdi və təsdiq etdi ki, işığın enerjisi işığın tezliyi ilə Plank sabitinin hasilinə bərabərdir.

$E=h\cdot \nu$

Eynşteyn 1921-ci ildə “fotoelektrik effekt qanununun kəşfinə görə” Nobel mükafatına layiq görüldü.

Maks Plank isə 1918-ci ildə “enerji kvantının kəşfinə görə” Nobel mükafatına layiq görüldü.

Hər iki təltif fizika tarixçiləri üçün debat mövzusudur.

İşıq hissəciyinə “foton” adının verilməsi Amerikalı fizik H. Komptonun (1923) və kimyaçı G. Levisin (1926) adı ilə bağlıdır.

Həmçinin bax

• Maks Plank
• Plank zamanı