Реферат до уроку фізики 11 класу

Тема: Фотоелектричний ефект. Закони фотоефекту. Кванти світла. Рівняння фотоефекту

С детства Макс обожал музыку, прекрасно играл на фортепиано и даже пробовал силы на композиторском поприще (написал оперетту, которую исполнял гимназический кружок меломанов). Иногда он даже задумывался, не избрать ли ему музыкальную стезю.

В 1867 году семья переехала в Мюнхен, и там Макс поступил в Королевскую Максимилиановскую классическую гимназию, где превосходный преподаватель математики пробудил в нем интерес к естественным и точным наукам.

По окончании гимназии в 1874 году всесторонне одаренный Планк встал перед трудным выбором: он хотел изучать классическую филологию, пробовал свои силы в музыкальной композиции, но потом все-таки отдал предпочтение физике.

В течение трех лет Планк изучал математику и физику в Мюнхенском и год - в Берлинском университетах. В бытность свою в Берлине Планк приобрел более широкий взгляд на физику благодаря публикациям выдающихся физиков Германа фон Гельмгольца и Густава Кирхгофа, а также статьям Рудольфа Клаузиуса. Знакомство с их трудами способствовало тому, что научные интересы Планка надолго сосредоточивались на термодинамике - области физики, в которой на основе небольшого числа фундаментальных законов изучаются явления теплоты, механической энергии и преобразования энергии. Ученую степень доктора Макс Планк получил в 1879 году, защитив в Мюнхенском университете диссертацию о втором начале термодинамики, утверждающем, что ни один непрерывный самоподдерживающийся процесс не может переносить тепло от более холодного тела к более теплому. Кстати, Планк впервые здесь применил понятие "энтропия", введенное Клаузиусом, для решения конкретных физических задач.

Научные достижения Планка оцениваются по достоинству: в 1888 году он становится профессором Берлинского университета и директором Института теоретической физики (пост директора был создан специально для Планка).

С 1896 года Планк заинтересовался проблемами теплового излучения тел. Любое тело, содержащее тепло, испускает электромагнитное излучение. Если тело достаточно горячее, то это излучение становится видимым. При повышении температуры тело сначала раскаляется докрасна, затем становится оранжево-желтым и, наконец, белым.

В качестве идеального эталона для измерения и теоретических исследований физики приняли воображаемое абсолютное черное тело. По определению, абсолютно черным называется тело, которое поглощает все падающее на него излучение и ничего не отражает. Излучение, испускаемое абсолютно черным телом, зависит только от его температуры. Хотя такого идеального тела не существует, неким приближением к нему может служить замкнутая оболочка с небольшим отверстием (например, надлежащим образом сконструированная печь, стенки и содержимое которой находятся в равновесии при одной и той же температуре).

Подготавливая собственные исследования, Планк прочитал работу Кирхгофа о свойствах такой оболочки с отверстием. Точное количественное описание наблюдаемого распределения энергии излучения в этом случае получило название проблемы черного тела.

Как показали эксперименты с черным телом, график зависимости энергии (яркости) от частоты или длины волны при низких частотах (больших длинах волн) прижимается к оси частот, на некоторой промежуточной частоте достигает максимума (пик с округлой вершиной), а затем при более высоких частотах (коротких длинах волн) спадает. При повышении температуры кривая сохраняет свою форму, но сдвигается в сторону более высоких частот.

Планк под влиянием теории электромагнитной природы света Джеймса Клерка Максвелла подошел к проблеме черного тела с точки зрения распределения энергии между элементарными электрическими осцилляторами (простейшими колебательными системами), физическая форма которых никак не конкретизируется.

В 1900 году, после продолжительных и настойчивых попыток создать теорию, которая удовлетворительно объясняла бы экспериментальные данные, Планку удалось вывести формулу, которая согласовывалась с результатами измерений с замечательной точностью. Однако для вывода своей формулы ему пришлось ввести радикальное понятие, идущее вразрез со всеми установленными принципами. Энергия планковских осцилляторов изменяется не непрерывно, как следовало бы из традиционной физики, а может принимать только дискретные значения, увеличивающиеся (или уменьшающиеся) конечными шагами. Каждый шаг по энергии равен некоторой постоянной (называемой ныне постоянной Планка), умноженной на частоту. Дискретные порции энергии впоследствии получили название квантов. Введенная Планком гипотеза ознаменовала рождение квантовой теории, совершившей подлинную революцию в физике. Классическая физика в противоположность современной физике ныне означает «физика до Планка».

Планк отнюдь не был революционером, и ни он сам, ни другие физики не сознавали глубокого значения понятия «квант». Как именно пришел к своей формуле Планк, по правде говоря, и он сам не мог определенно объяснить. Пожалуй, правильнее сказать: он ее "угадал".

В один из последних дней уходящего века, 14 декабря 1900 года, на заседании Немецкого физического общества ученый прочел доклад "К теории распределения энергии излучения нормального спектра". Испускание и поглощение энергии атомами и молекулами происходит не непрерывно, как считалось, а дискретно - определенными "порциями", или квантами. В этом состояла квинтэссенция идеи Планка. Она подрывала в самой их основе догматы классической физики.

Так появилась на свет квантовая физика.

Позиции квантовой теории укрепились в 1905 г., когда Альберт Эйнштейн воспользовался понятием фотона - кванта электромагнитного излучения - для объяснения фотоэлектрического эффекта. Еще одно подтверждение идей Планка поступило в 1913 г. от Нильса Бора, применившего квантовую теорию к строению атома.

В 1919 г. Планк был удостоен Нобелевской премии по физике за 1918 год «в знак признания его заслуг в деле развития физики благодаря открытию квантов энергии».

На его могильной плите выбиты только имя и фамилия и численное значение постоянной Планка.

Надіслано вчителем Міжнародного ліцею "Гранд" Борушевською Г.І.