Формула Планка: определение в физике, что описывает, вид через длину волны

Макс Планк известен как лауреат Нобелевской премии по физике и открыватель универсальной постоянной, названной его именем. Она стала основой квантовой физики, механики и прочих смежных с ними наук. Учёный открыл закон распределения волновой энергии, которую выражает формула Планка. Рассмотрим её смысл.

Формула Планка в физике: что описывает, значит, как выглядит

Учёный предполагал, что волновая энергия определённой частоты разделяется на равные части выражением ε = hν. Здесь h – константа, получившая название постоянной Планка. Благодаря этой работе он разработал закон, названный формулой Планка. Законом описывается распределение волновой энергии электромагнитного излучения по спектрам (в зависимости от частоты) для чёрного тела, находящегося в условиях теплового равновесия с окружающим веществом при определённой температуре.

Для теоретических расчётов работают с идеальной моделью такого излучения. В его качестве берут электромагнитное поле в пространстве, расположенном в тёмном теле. При этом считается, что стенки этой нагретой материи для исследуемого вещества не прозрачны – порции энергии не покидают замкнутую систему. Спектр получившихся излучений называют излучением абсолютно чёрного тела (АЧТ). Величина плотности его энергии u_ω, которая преодолевает единицу дистанции в пространстве, что приходится на единицу частотного интервала ω, вычисляют по формуле Планка:

\upsilon _ ω  = \frac { ω ^ 2 } { \pi ^ 2 c ^ 2 } * \frac { \hbar ω  } { e^ { \hbar ω/kT} — 1 }, здесь:

• T – температура тела;
• K – константа Больцмана;
• с – интенсивность распространения электромагнитной волны (света) в вакууме;
• h – постоянная Макса Планка.

Из формулы следует, что, зная спектр излучения, АЧТ содержит в себе сведения о его термодинамической температуре.

Позже стало известно, как это выражение вывести через распределение Больцмана, статистику Бозе-Эйнштейна, спонтанные и вынужденные излучения.

История открытия

История открытия формулы Планка физиков заинтересовала с разработки закона излучения Кирхгофа. Он гласил, что вся материя обладает идентичными излучательной и поглотительной способностями. Функция излучения АЧТ с единичной поглощательной способностью равно единице, совпадает с функцией этой пропорции. В конце 1896 века Вильгельм Вин изучил спектр АЧТ экспериментально, но его теоретического обоснования не было.

Спустя четыре года Макс Планк обнаружил неточности в работах Вина и предложил формулу, точно описывающую полученные в экспериментах данные, но одна деталь всё рушила. Для подгонки теории под факты было введено понятие квантов – мельчайших порций энергии. Тогда никто не понимал важности и смысла открытия. Лишь Хендрик Лоренц в 1908 оценил открытие и подтвердил физический смысл квантов.

За открытие квантов, которое произошло параллельно с выводом закона или формулы Планка, учёный получил Нобелевскую премию по физике в 1918 году.