Fisika Kuantum Season 3

Radiasi Benda Hitam

Sebuah benda hitam adalah salah satu yang menyerap semua radiasi EM (cahaya ...) yang

menyerap itu. Untuk tetap dalam kesetimbangan termal, harus memancarkan radiasi pada

tingkat yang sama seperti yang menyerap benda hitam juga memancarkan baik. (Kompor

yang berwarna hitam.)

Radiasi dari benda panas akrab bagi kita. Benda di sekitar suhu kamar memancarkan

terutama pada inframerah seperti yang terlihat pada grafik di bawah ini.

Jika kita memanaskan suatu benda sampai sekitar 1500 derajat kita akan mulai melihat

cahaya merah kusam dan kita katakan benda itu adalah merah panas. Jika kita memanaskan

sesuatu sampai sekitar 5000 derajat, dekat suhu permukaan matahari, ia memancarkan baik di

seluruh spektrum terlihat dan kita mengatakan benda tersebut adalah putih panas.

Dengan mempertimbangkan pelat benda dalam kesetimbangan termal dapat ditunjukkan

bahwa kekuatan memancarkan atas koefisien penyerapan harus sama, sebagai fungsi dari

panjang gelombang, bahkan untuk pelat benda dari bahan yang berbeda.

Ini ada perbedaan, ada aliran energi dari satu pelat benda ke yang lain, melanggar kondisi

kesetimbangan.

Sebuah benda hitam adalah salah satu yang menyerap semua peristiwa radiasi

Dengan demikian, benda hitam memiliki kekuatan memancarkan, E (v, T), bersifat universal

dan dapat diturunkan dari prinsip-prinsip pertama.

Sebuah contoh yang baik dari benda hitam adalah ruang dengan lubang kecil di dalamnya.

Setiap kejadian cahaya pada lubang masuk ke ruang dan pada dasarnya tidak pernah

tercermin keluar karena harus menjalani jumlah yang sangat besar dari refleksi dari dinding

rongga. Jika kita membuat dinding serap (mungkin dengan lukisan hitam), maka terjadi

benda hitam yang sempurna.

Ada hubungan sederhana antara densitas energi dalam ruang, u (v, T), dan benda hitam

dengan kekuatan memancarkan dari benda hitam yang hanya berasal dari analisis berapa

banyak radiasi, berjalan dengan kecepatan cahaya, akan mengalir keluar dari lubang di

ruangan dalam satu detik.

Satu-satunya bagian yang membutuhkan pemikiran adalah 4 dalam persamaan di atas.

Rayleigh dan Jeans menghitung densitas energi (gelombang EM) di dalam ruang dan

karenanya spektrum emisi benda hitam. Perhitungan mereka didasarkan pada teori EM

sederhana dan ekuipartisi. ia mengatakan bahwa semua energi akan langsung terpancar di

frekuensi tinggi radiasi EM. Ini disebut malapetaka atau bencana ultraviolet.

Plank menemukan rumus yang cocok dengan data yang baik pada kedua gelombang panjang

dan pendek.

Rumus yang sesuai dengan data yang cocok sehingga ia mencoba untuk menemukan cara

yang sesuai. Dalam beberapa bulan ia mampu mendapatkan rumus itu, dengan mendalilkan

bahwa energi yang dipancarkan di quanta dengan E = hv. Meskipun ada sejumlah besar

mode ruang pada frekuensi tinggi, probabilitas untuk memancarkan seperti kuanta energi

tinggi lenyap secara eksponensial sesuai dengan distribusi Boltzmann. Dengan demikian,

Plank menekan radiasi frekuensi tinggi dalam perhitungannya dan membawanya dalam

percobaan. Perhatikan bahwa rumus radiasi benda hitam Plank adalah sama dalam batas limit

hv << kT, tapi mendekati ke nol pada v besar sementara rumus Rayleigh mendekati ke tak

terhingga.

gelombang klasik EM akan menyedot semua energi panas dari materi, membuat alam

semesta tempat yang sangat dingin bagi kita. Angka di bawah ini membandingkan dua

perhitungan untuk beberapa data pada T = 1.600 derajat. (bahwa hal ini juga awal revolusi

Quantum berasal dari radiasi benda Hitam.)

Jadi kekuatan memancarkan per satuan luas adalah

Kita dapat mengintegrasikan ini frekuensi tinggi untuk mendapatkan daya total yang

dipancarkan per satuan luas.

Efek Fotolistrik

Efek fotolistrik menunjukkan bahwa hipotesis Plank, digunakan untuk menyesuaikan data

benda hitam untuk radiasi EM. Einstein melangkah lebih jauh dan mengusulkan, pada tahun

1905, cahaya yang terdiri dari partikel-partikel dengan energi yang terkait dengan frekuensi

cahaya, E = hv. (einstein mendapat hadiah Nobel untuk efek fotolistrik, bukan untuk

Relativitas Umumnya.)

Ketika cahaya masuk melapisi (logam) permukaan elektron dikeluarkan.

Pengukuran dilakukan dari energi elektron maksimum terhadap frekuensi cahaya dan

intensitas cahaya. Fisika klasik meramalkan bahwa energi elektron harus bertambah dengan

intensitas, sehubungan dengan meningkatnya medan listrik. Ini tidak ditinjau atau

diperhatikan. Energi elektron tidak tergantung dari intensitas dan tergantung secara linear

pada frekuensi cahaya, seperti yang terlihat pada gambar di atas. Energi kinetik dari elektron

diperkenalkan pertama kali oleh konstanta Plank pada frekuensi cahaya minus pada fungsi

kerja w yang tergantung pada materi.

Persamaan ini hanya mengungkapkan konservasi energi dengan hv menjadi energi foton dan

w energi ikat elektron dalam solid. Data dari efek fotolistrik sangat mendukung hipotesis

bahwa cahaya terdiri dari partikel (foton).

Struktur Konstan dan Potensial Coulomb

kita akan mencoba memecahkan untuk pertama kalinya dengan masalah yang ditetapkan.

Struktur yang konstan biasanya menggunakan unit CGS dimana energi potensial adalah

sedangkan unit SI

Kita dapat memecahkan masalah dengan mendefinisikan dimensi struktur konstan. α

Jadi unit potensi Hidrogennya adalah