Читать «Физика элементарных частиц материи» онлайн - страница 30

Постоянная Планка

Существует «ЗАКОН ПЛАНКА», который Макс Планк доложил 19 декабря 1900 на заседании Берлинского физического общества. Он гласит, что свет с частотой ν, может излучаться только квантами, энергия ε которых равна 2πħν или ε =2πħν. Здесь ħ = 1,06х10^-27 эргсек./имп мировая постоянная, которая носит название «постоянной Планка». Но 2πħ=h, тогда ε = hν, h=6,63х10^-34 Дж. сек./имп. h=6,63х10^-27 эрг сек./имп. Записав формулу закона Планка таким образом εТ = h = const, мы видим, что энергия квантов обратно пропорциональна периоду времени между излучениями соседних квантов. Чем больше частота излучения, тем больше энергия квантов, тем меньше период времени между излучением двух соседних квантов, но произведение εТ или частное ε/ν всегда будет равняться постоянной Планка. Однако, ε это не полная энергия ε ≠mс², так как количество полной энергии тела не изменяется, в нашем же случае энергия кванта изменяется с изменением частоты излучения. Значит формула (10.5) m_ф= hν/c² в учебнике физики Г.Я. Мякишева, Б.Б.Буховцева неверна. Что же влечёт за собой изменение величины энергии кванта материи, изменение массы кванта или изменение его с Но классическая физика говорит о том, что скорость света величина постоянная?! Фотон это элементарная частица материи. Все частицы материи, – нейтрон, протон, электрон имеют свою постоянную массу, и масса их не зависит ни от температуры, ни от других состояний этого тела. Значит, с большой долей вероятности можно заключить, что и масса фотона, как характеристика количества материи, содержащейся в кванте, величина постоянная. Если h= ε/ν, а ε = mυ²/2, тогда h= mυ²/2ν, 2hν= mυ². В этом уравнении h и m величины постоянные. Следовательно, изменение частоты излучения влечёт за собой изменение скорости движения фотона ∆ν→∆υ², то есть, изменение кинетической энергии фотона. Давайте попробуем приблизительно определить массу кванта материи исследуя изменение кинетической энергии фотона. Для этого возьмём световое излучение с длиной волны λ=3,7х10^-7м. Этой длине волны соответствует частота ν=8,11х10¹⁴1/сек. Разница скорости движения квантов при ν=1имп/сек. и ν=8,11х10¹⁴имп/сек. будет равна ∆υ=√2∆ν=√2х8,11¹⁴= 4,02х10⁷ =0,402х10⁸м/сек. Тогда скорость квантов υ₁ при частоте излучения 1имп/сек. равна υ₁=2,998х10⁸м/сек. -0,402х10⁸м/сек =2,596х 10⁸м / сек. Если считать, что в явлении фотоэффекта принимает участие только кинетическая энергия, то m_к=2h/υ²=2х6,63х10^-27 /6,739х10¹⁶=1,968х10^-43кг Масса кванта материи равна 1,968х10^-43кг. Однако, при частоте излучения ν=8,11х10¹⁴ имп/сек., при которой происходит явление фотоэффекта масса кванта m_к=2е/υ² m_к=2х6,63х10^-27х8,11х10¹⁴ имп/сек./8,99х10¹⁶ м²/сек² =11,96х10^-29кг. Это больше чем масса электрона (m_е=9,1х10^-31кг). Но такого не может быть. Следовательно, методика расчёта не правильна. Здесь у нас масса выступает, как мерило энергии, которую мы не учли. Каким же образом происходит изменение энергии фотона, и какую энергию мы не учли? На этот вопрос может ответить только теория элементарных частиц материи. Увеличение частоты излучения происходит вследствие увеличения плотности излучения. Чем больше частота излучения, тем больше сжат фотон, но при сжатии фотона, увеличивается его внутренняя энергия. Можно сказать, что постоянная Планка h это коэффициент увеличения внутренней энергии фотона при увеличении частоты излучения на одно излучение в секунду. Так у меня и было определено во втором издании работы. Так оно и есть, если изменение энергии измерять непосредственно у источника излучения. Однако, при движении фотона его внутренняя энергия уменьшается, превращаясь в увеличение скорости движения фотона, в кинетическую энергию фотона. Но сумма этих энергий, то есть энергия движения фотона остаётся неизменной ε_дв = m_фυ²/2+е_вт= const=hν Если записать нормально размерность величины h – эрг. сек/имп, мы увидим, что постоянная Планка h это коэффициэнт энергии движения фотона. Это количество энергии, на которое изменяется энергия движения фотона при изменении частоты излучения на один импульс в секунду h = δε_дв h=m_фδυ²:2+δе_вт =const. (3) Поэтому-то Планк и назвал этот коэффициент «квантом действия». Частота излучения зависит от удельной плотности излучаемого тела, а удельная плотность зависит от массы излучаемого тела. В космических явлениях это видно на зависимости массы звезды и её светимости (диаграмма Герцшпрунга – Рессела). Чем больше масса звезды, тем интенсивнее у неё высокочастотное излучение. Внутренняя энергия – вот главная движущая сила элементарной частицы материи. Именно она влияет и на частоту излучения и на энергию излученного фотона. Энергия ε = hν= (m_фυ²/2+е_вт )ν, это энергия движения фотона. Тогда полная энергия фотона будет Е_ф=U_ф+C_ф+В_ф+Е_дв Е_ф=U_ф+C_ф+В_ф+hν(4) В явлении фотоэффекта принимает участие не только кинетическая энергия, но и внутренняя энергия фотона. Три вида энергии, – потенциальную, кинетическую и внутреннюю (а также, это мы рассмотрим далее, и магнитную, и электрическую) рассматривать отдельно при движении фотона можно только для определения мгновенного значения той или другой энергии. При движении фотона в составе волны излучения, его внутренняя энергия постоянно переходит в кинетическую энергию этого фотона в волне излучения и в его потенциальную энергию (см. рис. 3). От энергии излучения зависит не только частота, и длина волны излучения, но и скорость движения фотонов. В конечном счёте, всё зависит от v-q характеристики кванта. Чем больше мощность излучения, тем более частота излучения Р=hν², ν = υ/λ, где υ скорость распространения данного излучения, λ длина его волны. Из этого следует, что длина волны излучения обратно пропорциональна мощности этого излучения. Чем мощнее излучение, тем меньше длина волны, тем больше её плотность, тем меньший объём занимает фотон в световой волне, тем больше он сжат, тем больше у него запаса внутренней энергии, тем больше сила упругости, действующая на фотон, тем с большим ускорением он отделяется от излучаемого тела и двигается в пространстве. Это доказывает, например, явление фотоэффекта, при котором световые волны малой частоты не могут вырвать электроны, даже, если амплитуда волны велика (Мякишев, Буховцев физика 11кл стр. 209). Но Р=εν ε=m_фα_фλ=m_фλ∆υ_ф/Т= m_фλ∆υ_фν, Р=hν²= εν=m_ф∆υ_фλν², h=соnst=m_ф∆υ_фλ. Чем больше частота излучения тем больше мощность фотона. Чем меньше длина волны, тем больше ускорение фотона. Каким же образом появляется внутренняя энергия фотона?