Меню

Единиц измерения энергии кванта



Фундаментальные константы

Физика, свободная от метафизических гипотез, невозможна. ( Макс Борн)

Разделы микроскопической физики (микрофизики или физики микромира):

  • Базовые единицы измерения в природе и их кванты
  • Универсальные физические постоянные (фундаментальные константы)
  • Ресурсы о фундаментальных постоянных
  • Литература об универсальных константах

Базовые единицы измерения в природе и их кванты

В разделе ниже даются «первичные» физические константы, от которых завсисят другие, «вторичные». Эти первичные константы (или их часть) можно считать некими «квантами».

Авторские рассуждения о квантах мира и вычисления кванта массы

Поскольку материя в нашем мире мыслится в понятии массы, а располагается в пространственно-временных координатах, то нам интересны, прежде всего, «кванты» пространства и времени:

А вот какое значение у минимально возможной массы — «кванта материи»? Можно ли его вычислить? Давайте попробуем сделать это несколькими способами:

  1. на основе постоянной Планка ħ = 6,626176·10 -34 Дж·с.
  2. на основе указанных «первичных» констант tu, lu и hu = 7,69558071(63)·10 –37 Дж·с.
  3. на основе III закона Кеплера, показывающего соотношение пространства и времени рядолм с неизменной массой, в формуле которого участвует гравитационная постоянная G (или γ) = 6,6720·10 -11 Н·м2·кг -2 .

Вычисление кванта массы на основе постоянной Планка

Вычисление кванта массы на основе первичных констант

Вычисление кванта массы на основе гравитационной постоянной

Универсальные физические постоянные (фундаментальные константы)

Можно было бы думать, что свойства мира определяются такими универсальными постоянными, как скорость света, заряд электрона или постоянная Планка, но это не так. Если бы даже каждая из этих постоянных изменилась, но изменилась так, что численное значение «альфа» [постоянная тонкой структуры α] по-прежнему осталось бы равным 1/137, мир тоже остался бы прежним, и мы никогда не смогли бы опознать, что в нем что-то изменилось. Но если «альфа» изменится хотя бы на одну миллионную, свойства нашего мира станут совершенно другими — например, в нем не сможет существовать жизнь.

Первичные физические постоянные

Свет от квазаров на своем пути длиной в миллиарды лет проходит через межзвездные облака металлов (железа, никеля, хрома). В 1997 при его исследовании обнаружили, что он поглотил некоторые из фотонов света квазара. Но не те, которые ожидалось. Единственное непроверенное разумное объяснение состоит в том, что постоянная тонкой структуры, или альфа (α), имела различное значение в то время, когда свет проходил через облака. Но ведь альфа определяет, как свет взаимодействует с материей, и не должна меняться. Ее значение зависит от заряда электрона, скорости света и постоянной Планка. Какая же постоянная изменилась?

Согласно Н. Косинову, проведенные исследования показали, что используемые в современной физике фундаментальные физические константы непосредственно происходят от перечисленных ниже констант вакуума :

  • hu = 7,69558071(63)·10 –37 Дж·с.
  • Gu = 2,56696941(21)·10 –45 Н·с 2 .
  • Ru = 29,9792458 Ом.
  • tu = 0,939963701(11)·10 –23 с.
  • lu = 2,817940285(31)·10 –15 м.

[А я бы не исключил возможность, что некоторые физические константы зависят не только от этих первичных, которые можно назвать «квантами» и которые по сему относятся к области микромира, но и от значений, которые относятся к области мегамира, например, возраста и радиуса Вселенной.]

Вторичные физические постоянные

Установлено, что современные фундаментальные физические постоянные имеют вторичный статус по отношению к найденным константам и представляют собой различные комбинации констант hu, tu, lu и чисел π и α. Константам, входящим в hu-tu-lu-π-α-базис, определен специальный статус – как универсальные суперконстанты . На основе универсальных суперконстант получено новое значение гравитационной постоянной Ньютона, планковских констант и найдена универсальная формула силы [?].

Новые фундаментальные физические константы дают широкие возможности для установления новых физических законов и поиска констант взаимодействия для различных физических законов.

Все фундаментальные физические постоянные:

  • Основные механические константы:
    • Постоянная тонкой структуры α = 0,072973506; 1/α = 137,03604.
    • Гравитационная постоянная G = 6,6720·10 -11 Н·м2·кг -2 .
    • Скорость света в вакууме с = 2,99792458·10 8 м·с -1 .
    • Постоянная Планка ħ = 6,626176·10 -34 Дж·с.
  • Наименьшие из известных расстояний:
    • Радиус первой боровской орбиты a = 0,52917706·10 -10 м.
    • Классический радиус электрона re = 2,8179380·10 -15 м.
    • Постоянная Ридберга R = 10973731,77 м -1 . [или ей лучше к энергетическим константам отнести?]
  • Массы и энергии стабильных частиц:
    • Масса покоя электрона me = 9,109534·10 -31 кг 5,4858026·10 -4 а.е.м.
    • Энергия покоя электрона me·c 2 = 0,5110034 МэВ.
    • Масса покоя протона mp = 1,6726485·10 -27 кг = 1,007276470 а.е.м.
    • Энергия покоя протона mp·c 2 = 938,2796 МэВ.
    • Масса покоя нейтрона mn = 1,6749543·10 -27 кг = 1,008665012 а.е.м.
    • Энергия покоя нейтрона mn·c 2 = 939,5731 МэВ.
    • Отношение массы протона к массе электрона mp/me = 1836,15152.
    • Атомная единица массы (10 -3 кг·моль -1 )/NA, а.е.м. = 1,6605655(86)·10 -27 кг.
    • Массы атомов в а.е.м.: водород 1 H — 1,007825036; дейтерий 2 H — 2,014101795; гелий-4 4 He — 4,002603267.
    • Энергетические эквиваленты: а.е.м. = 931,5016 МэВ; 1 электронвольт = 1,6021892·10 -19 Дж.
    • Энергия kT (при 25 °C) — энергетические эквиваленты: 4,11·10 -21 Дж; 9,83·10 -22 Кал; 0,0256 эВ; 2,479 кДж/моль; 0,593 кКал/моль.
  • Магнитно-электрические константы:
    • Магнитная постоянная μ = 4π·10 -7 Гн·м -1 = 1,25663706144·10 -6 Гн·м -1 .
    • Электрическая постоянная ε = (μc 2 )-1 8,85418782·10 -12 Ф·м -1 .
    • Заряд электрона (абс. величина) e = 1,6021892·10 -19 Кл = 4,803242·10 -10 уд. СГСЭ.
    • Отношение заряда электрона к его массе e/me = 1,7588047·10 11 Кл·кг -1 .
    • Магнетон Бора μБ = 9,274078·10 -24 Дж·Тл -1 .
    • Ядерный магнетон μN = 5,050824·10 -24 Дж·Тл -1 .
    • Магнитный момент нейтрона в ядерных магнетонах μnN = 1,91315.
    • Магнитный момент протона в ядерных магнетонах μpN = 2,7928456.
    • Отношение Джозефсона 2e/h = 4,835939·10 14 Гц·В -1 .
    • Квант магнитного потока Ф = h/2e = 2,0678506·10 -15 Вб.
  • Аэродинамические константы:
    • Постоянная Авогадро NA = 6,022045·10 23 моль -1 .
    • Постоянная Фарадея F = NA·e = 96484,56 Кл·моль -1 .
    • Молярная газовая постоянная R = 8,31441 Кл·моль -1 ·K -1 .
    • Объем моля идеального газа при нормальных условиях (1 атм, T0 = 273,15 К) Vm = 22,41383·10 -3 м 3 ·моль -1 .
    • Постоянная Больцмана k = R/NA = 1,380662·10 -23 Дж·К -1 .

Ресурсы о фундаментальных постоянных

Сетевые статьи и новости о физических константах:

Источник

—>Сайт учителя физики Агаповой Инги Сергеевны —>

—>

статьи [5]
ОПЫТЫ [3]
ЗВУК [6]
ТЕПЛОТА [3]
СИЛА ТЯГОТЕНИЯ [3]
ЗАДАЧА [1]
ОПТИКА [1]
КВАНТОВАЯ ФИЗИКА [3]
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО [2]
УЧЕНЫЕ [3]

—>

Всего: 1611
Новых за месяц: 0
Новых за неделю: 0
Новых вчера: 0
Новых сегодня: 0

Парней: 697
Девушек: 914

Каталог статей

Энергия кванта

У всех классических механических волн (в жидкостях, газах и твердых телах) главный параметр, определяющий энергию волны, — это ее амплитуда (точнее, квадрат амплитуды). В случае света амплитуда определяет интенсивность излучения. Однако при изучении явления фотоэффекта — выбивания светом электронов из металла — обнаружилось, что энергия выбитых электронов не связана с интенсивностью (амплитудой) излучения, а зависит только от его частоты. Даже слабый голубой свет выбивает электроны из металла, а самый мощный желтый прожектор не может выбить из того же металла ни одного электрона. Интенсивность определяет, сколько будет выбито электронов, — но только если частота превышает некоторый порог. Оказалось, что энергия в электромагнитной волне раздроблена на порции, получившие название квантов. Энергия кванта электромагнитного излучения фиксирована и равна

где h = 4·10 -15 эВ·с = 6·10 -34 Дж·с — постоянная Планка, еще одна фундаментальная физическая величина, определяющая свойства нашего мира. С отдельным электроном при фотоэффекте взаимодействует отдельный квант, и если его энергии недостаточно, он не может выбить электрон из металла. Давний спор о природе света — волны это или поток частиц — разрешился в пользу своеобразного синтеза. Одни явления описываются волновыми уравнениями, а другие — представлениями о фотонах, квантах электромагнитного излучения, которые были введены в оборот двумя немецкими физиками — Максом Планком и Альбертом Эйнштейном.

Энергию квантов в физике принято выражать в электрон-вольтах. Это внесистемная единица измерения энергии. Один электрон-вольт (1 эВ) равен энергии, которую приобретает электрон, когда разгоняется электрическим полем напряжением 1 вольт. Это очень небольшая величина, в единицах системы Си 1 эВ = 6·10 -18 Дж. Но в масштабах атомов и молекул электрон-вольт — вполне солидная величина.

От энергии квантов напрямую зависит способность излучения производить определенное воздействие на вещество. Многие процессы в веществе характеризуются пороговой энергией — если отдельные кванты несут меньшую энергию, то, как бы много их ни было, они не смогут спровоцировать надпороговый процесс.

Немного забегая вперед, приведем примеры. Энергии СВЧ-квантов хватает для возбуждения вращательных уровней основного электронно-колебательного состояния некоторых молекул, например воды. Энергии в доли электрон-вольта хватает для возбуждения колебательных уровней основного состояния в атомах и молекулах. Этим определяется, например, поглощение инфракрасного излучения в атмосфере. Кванты видимого света имеют энергию 2–3 эВ — этого достаточно для нарушения химических связей и провоцирования некоторых химических реакций, например, тех, что протекают в фотопленке и в сетчатке глаза. Ультрафиолетовые кванты могут разрушать более сильные химические связи, а также ионизировать атомы, отрывая внешние электроны. Это делает ультрафиолет опасным для жизни. Рентгеновское излучение может вырывать из атомов электроны с внутренних оболочек, а также возбуждать колебания внутри атомных ядер. Гамма-излучение способно разрушать атомные ядра, а самые энергичные гамма-кванты даже внедряются в структуру элементарных частиц, таких как протоны и нейтроны.

Источник

Ничего сложного: что такое квант на понятных примерах

Среди физических терминов встречаются и непонятные без подготовки и те, значение которых очевидно. При слове скорость можно представить себе несущийся по дороге автомобиль, когда речь заходит о температуре, то вспоминается кипение воды, термометр или кусок льда. Но для термина «квант» ваше воображение будет долго выискивать наглядные примеры, хотя смысл этого слова с точки зрения науки объясняется просто.

Пусть вам понадобилось достичь города в тысячах километров от дома. Если позволяют доходы, можно выбрать для путешествия самолёт — так вы преодолеете расстояние между двумя точками непрерывно, без остановок на половине пути. Возможно, другим решением станет поездка на поезде, но тогда придётся проехать через вереницу промежуточных станций, где ждут небольшие остановки. Цель в обоих случаях будет достигнута, но разными способами. Разумеется, в нужном городе вам захочется проверить наличие средств в кошельке, на карте, которые выражаются в рублях или валюте. Чем бы они не описывались,в распоряжении человека всегда целое число денег — рубли, доллары, центы. Невозможно стать свидетелем появления в кармане тысячной доли копейки. В случае денег, копейка будет минимально возможной единицей, на которую средства могут уменьшатся или возрастать.

В этом примере я попытался описать фундаментальное свойство природы: c одной стороны существуют величины, которые изменяются непрерывно, даже если вы умудритесь разбить их на некоторые куски. Это дорога из пункта в пункт — её можно проделать сразу, а можно и поделить на произвольные участки. С другой стороны, есть феномены вроде электромагнитного излучения, что меняются только минимальными, неделимыми порциями, как рубли, прирастающие по копейке. Подобные порции называют элементарными квантами, и если величина способна принимать строго определённые значения, то говорят, что она квантуется.

Известным (благодаря упоминаниям в популярной литературе) квантом является фотон, элементарная составляющая электромагнитного излучения, в том числе и видимого . Фотон достоин отдельной статьи — для перечисления и объяснения его свойств понадобится несколько абзецев. Именно фотоны позволяют видеть окружающий мир.

Уважаемые борцы со всемирным научным заговором и эмоционально несдержанные читатели, ваши комментарии неизбежно удаляются. Даже не тратьте время.

Источник

Энергия кванта

У всех классических механических волн (в жидкостях, газах и твердых телах) главный параметр, определяющий энергию волны, — это ее амплитуда (точнее, квадрат амплитуды). В случае света амплитуда определяет интенсивность излучения. Однако при изучении явления фотоэффекта — выбивания светом электронов из металла — обнаружилось, что энергия выбитых электронов не связана с интенсивностью (амплитудой) излучения, а зависит только от его частоты. Даже слабый голубой свет выбивает электроны из металла, а самый мощный желтый прожектор не может выбить из того же металла ни одного электрона. Интенсивность определяет, сколько будет выбито электронов, — но только если частота превышает некоторый порог. Оказалось, что энергия в электромагнитной волне раздроблена на порции, получившие название квантов. Энергия кванта электромагнитного излучения фиксирована и равна

где h = 4·10 –15 эВ·с = 6·10 –34 Дж·с — постоянная Планка, еще одна фундаментальная физическая величина, определяющая свойства нашего мира. С отдельным электроном при фотоэффекте взаимодействует отдельный квант, и если его энергии недостаточно, он не может выбить электрон из металла. Давний спор о природе света — волны это или поток частиц — разрешился в пользу своеобразного синтеза. Одни явления описываются волновыми уравнениями, а другие — представлениями о фотонах, квантах электромагнитного излучения, которые были введены в оборот двумя немецкими физиками — Максом Планком и Альбертом Эйнштейном.

Энергию квантов в физике принято выражать в электрон-вольтах. Это внесистемная единица измерения энергии. Один электрон-вольт (1 эВ) равен энергии, которую приобретает электрон, когда разгоняется электрическим полем напряжением 1 вольт. Это очень небольшая величина, в единицах системы Си 1 эВ = 1,6·10 –19 Дж. Но в масштабах атомов и молекул электрон-вольт — вполне солидная величина.

От энергии квантов напрямую зависит способность излучения производить определенное воздействие на вещество. Многие процессы в веществе характеризуются пороговой энергией — если отдельные кванты несут меньшую энергию, то, как бы много их ни было, они не смогут спровоцировать надпороговый процесс.

Немного забегая вперед, приведем примеры. Энергии СВЧ-квантов хватает для возбуждения вращательных уровней основного электронно-колебательного состояния некоторых молекул, например воды. Энергии в доли электрон-вольта хватает для возбуждения колебательных уровней основного состояния в атомах и молекулах. Этим определяется, например, поглощение инфракрасного излучения в атмосфере. Кванты видимого света имеют энергию 2–3 эВ — этого достаточно для нарушения химических связей и провоцирования некоторых химических реакций, например, тех, что протекают в фотопленке и в сетчатке глаза. Ультрафиолетовые кванты могут разрушать более сильные химические связи, а также ионизировать атомы, отрывая внешние электроны. Это делает ультрафиолет опасным для жизни. Рентгеновское излучение может вырывать из атомов электроны с внутренних оболочек, а также возбуждать колебания внутри атомных ядер. Гамма-излучение способно разрушать атомные ядра, а самые энергичные гамма-кванты даже внедряются в структуру элементарных частиц, таких как протоны и нейтроны.

Источник

Квант. Энергия кванта. Скорость света

Квант — неделимая порция какой-либо величины в физике. Фотон — квант электромагнитного поля;

Это безмассовая частица, способная существовать только двигаясь со скоростью света. Электрический заряд фотона также равен нулю. Фотону как квантовой частице свойственен корпускулярно-волновой дуализм, он проявляет одновременно свойства частицы и волны. Ско́рость све́та — абсолютная величина скорости распространения электромагнитных волн в вакууме. Энергию квантов в физике принято выражать в электрон-вольтах. Это внесистемная единица измерения энергии. От энергии квантов напрямую зависит способность излучения производить определенное воздействие на вещество. Многие процессы в веществе характеризуются пороговой энергией — если отдельные кванты несут меньшую энергию, то, как бы много их ни было, они не смогут спровоцировать надпороговый процесс. Если световой пучок падает на поверхность, разделяющую две прозрачные среды разной оптической плотности, например воздух и воду, то часть света отражается от этой поверхности, а другая часть — проникает во вторую среду. При переходе из одной среды в другую луч света изменяет направление на границе этих сред. Это явление называется

преломлением света. Опыты показывают, что при одном и том же угле падения угол преломления тем меньше, чем плотнее в оптическом отношении среда, в которую проникает луч. Если свет идёт из среды более оптически плотной в среду менее плотную, то угол преломления луча больше угла падения. 1 . На границе раздела двух сред различной оптической плотности луч света при переходе из одной среды в другую меняет своё направление. 2. При переходе луча света в среду с большей оптической плотностью угол преломления меньше угла падения; при переходе луча света из оптически более плотной среды в среду менее плотную угол преломления больше угла падения. Преломление света сопровождается отражением, причём с увеличением угла падения яркость отражённого пучка возрастает, а преломлённого ослабевает. Чем более плотная среда тем меньше скорость света , чем менее плотная среда тем больше скорость света. Максимальное значение скорости света ( в вакууме 3*10 в 8 степени м/с)

3.7 Спектр. Условия образования спектров излучения. Характер распределения энергии в спектре: непрерывные, линейчатые, полосатые спектры и системы их излучающие

Спектр — распределение значений физической величины (обычно энергии, частоты или массы). Графическое представление такого распределения называется спектральной диаграммой . Обычно под спектром подразумевается электромагнитный спектр — спектр частот электромагнитного излучения. В научный обиход термин спектр ввёл Ньютон в 1671—1672 годах для обозначения многоцветной полосы, похожей на радугу, которая получается при прохождении солнечного луча через треугольную стеклянную призму. Непрерывные спектры, как показывает опыт, дают тела, находящиеся в твердом или жидком состоянии, а также сильно сжатые газы. Для получения непрерывного спектра нужно нагреть тело до высокой температуры. Непрерывный спектр дает также высокотемпературная плазма. Электромагнитные волны излучаются плазмой в основном при столкновении электронов с ионами.

Линейчатые спектры. Линейчатый спектр. это спектр, испускаемый газами, парами малой плотности в атомарном состоянии. Состоит из отдельных линий разного цвета (длины волны, частоты), имеющих разные расположения. Каждый атом излучает набор электромагнитных волн определенных частот. Поэтому каждый химический элемент имеет свой спектр. Каждая линия имеет конечную ширину Это самый фундаментальный, основной тип спектров. Изолированные атомы излучают строго определенные длины волн. Обычно для наблюдения линейчатых спектров используют свечение паров вещества в пламени или свечение газового разряда в трубке, наполненной исследуемым газом. При увеличении плотности атомарного газа отдельные спектральные линии расширяются, и, наконец, при очень большом сжатии газа, когда взаимодействие атомов становится существенным, эти линии перекрывают друг друга, образуя непрерывный спектр. Главное свойство линейчатых спектров состоит в том, что длины волн (или частоты) линейчатого спектра какого-либо вещества зависят только от свойств атомов этого вещества, но совершенно не зависят от способа возбуждения свечения атомов. Полосатые спектры. Полосатый спектр состоит из отдельных полос, разделенных темными промежутками. Каждая полоса представляет собой совокупность большого числа очень тесно расположенных линий. В отличие от линейчатых спектров полосатые спектры создаются не атомами, а молекулами, не связанными или слабо связанными друг с другом. Распределение энергии в спектре.Энергия теплового излучения с непрерывным спектром распределяется неравномерно по разным частям спектра. Характер этого распределения зависит как от температуры, так и от природы излучающего тела. Эмиссионный спектр, спектр излучения, спектр испускания — относительная интенсивность электромагнитного излучения объекта исследования по шкале частот. Обычно изучается излучение в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазоне от сильно нагретого вещества. Спектр излучения вещества представляют либо в виде горизонтальной цветовой полосы — результат расщепления света от объекта призмой — либо в виде графика относительной интенсивности, либо в виде таблицы. Нагретое вещество излучает электромагнитные волны (фотоны). Спектр этого излучения на фоне спектра излучения абсолютно чёрного тела, при достаточной температуре, на определённых частотах имеет ярко выраженные увеличения интенсивности. Причина повышения интенсивности излучения — в электронах, находящихся в условиях квантования энергии. Такие условия возникают внутри атома, в молекулах и кристаллах. Возбуждённые электроны переходят из состояния бо́льшей энергии в состояние меньшей энергии с испусканием фотона. Разница энергий уровней определяет энергию испущенного фотона, и следовательно его частоту в соответствии с формулой: Е=hv, где Е – энергия фотона, h- постоянная Планка, v –частота.

Источник

—>Сайт учителя физики Агаповой Инги Сергеевны —>

—>

статьи [5]
ОПЫТЫ [3]
ЗВУК [6]
ТЕПЛОТА [3]
СИЛА ТЯГОТЕНИЯ [3]
ЗАДАЧА [1]
ОПТИКА [1]
КВАНТОВАЯ ФИЗИКА [3]
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО [2]
УЧЕНЫЕ [3]

—>

Всего: 1611
Новых за месяц: 0
Новых за неделю: 0
Новых вчера: 0
Новых сегодня: 0

Парней: 697
Девушек: 914

Каталог статей

Энергия кванта

У всех классических механических волн (в жидкостях, газах и твердых телах) главный параметр, определяющий энергию волны, — это ее амплитуда (точнее, квадрат амплитуды). В случае света амплитуда определяет интенсивность излучения. Однако при изучении явления фотоэффекта — выбивания светом электронов из металла — обнаружилось, что энергия выбитых электронов не связана с интенсивностью (амплитудой) излучения, а зависит только от его частоты. Даже слабый голубой свет выбивает электроны из металла, а самый мощный желтый прожектор не может выбить из того же металла ни одного электрона. Интенсивность определяет, сколько будет выбито электронов, — но только если частота превышает некоторый порог. Оказалось, что энергия в электромагнитной волне раздроблена на порции, получившие название квантов. Энергия кванта электромагнитного излучения фиксирована и равна

где h = 4·10 -15 эВ·с = 6·10 -34 Дж·с — постоянная Планка, еще одна фундаментальная физическая величина, определяющая свойства нашего мира. С отдельным электроном при фотоэффекте взаимодействует отдельный квант, и если его энергии недостаточно, он не может выбить электрон из металла. Давний спор о природе света — волны это или поток частиц — разрешился в пользу своеобразного синтеза. Одни явления описываются волновыми уравнениями, а другие — представлениями о фотонах, квантах электромагнитного излучения, которые были введены в оборот двумя немецкими физиками — Максом Планком и Альбертом Эйнштейном.

Энергию квантов в физике принято выражать в электрон-вольтах. Это внесистемная единица измерения энергии. Один электрон-вольт (1 эВ) равен энергии, которую приобретает электрон, когда разгоняется электрическим полем напряжением 1 вольт. Это очень небольшая величина, в единицах системы Си 1 эВ = 6·10 -18 Дж. Но в масштабах атомов и молекул электрон-вольт — вполне солидная величина.

От энергии квантов напрямую зависит способность излучения производить определенное воздействие на вещество. Многие процессы в веществе характеризуются пороговой энергией — если отдельные кванты несут меньшую энергию, то, как бы много их ни было, они не смогут спровоцировать надпороговый процесс.

Немного забегая вперед, приведем примеры. Энергии СВЧ-квантов хватает для возбуждения вращательных уровней основного электронно-колебательного состояния некоторых молекул, например воды. Энергии в доли электрон-вольта хватает для возбуждения колебательных уровней основного состояния в атомах и молекулах. Этим определяется, например, поглощение инфракрасного излучения в атмосфере. Кванты видимого света имеют энергию 2–3 эВ — этого достаточно для нарушения химических связей и провоцирования некоторых химических реакций, например, тех, что протекают в фотопленке и в сетчатке глаза. Ультрафиолетовые кванты могут разрушать более сильные химические связи, а также ионизировать атомы, отрывая внешние электроны. Это делает ультрафиолет опасным для жизни. Рентгеновское излучение может вырывать из атомов электроны с внутренних оболочек, а также возбуждать колебания внутри атомных ядер. Гамма-излучение способно разрушать атомные ядра, а самые энергичные гамма-кванты даже внедряются в структуру элементарных частиц, таких как протоны и нейтроны.

Источник

Ничего сложного: что такое квант на понятных примерах

Среди физических терминов встречаются и непонятные без подготовки и те, значение которых очевидно. При слове скорость можно представить себе несущийся по дороге автомобиль, когда речь заходит о температуре, то вспоминается кипение воды, термометр или кусок льда. Но для термина «квант» ваше воображение будет долго выискивать наглядные примеры, хотя смысл этого слова с точки зрения науки объясняется просто.

Пусть вам понадобилось достичь города в тысячах километров от дома. Если позволяют доходы, можно выбрать для путешествия самолёт — так вы преодолеете расстояние между двумя точками непрерывно, без остановок на половине пути. Возможно, другим решением станет поездка на поезде, но тогда придётся проехать через вереницу промежуточных станций, где ждут небольшие остановки. Цель в обоих случаях будет достигнута, но разными способами. Разумеется, в нужном городе вам захочется проверить наличие средств в кошельке, на карте, которые выражаются в рублях или валюте. Чем бы они не описывались,в распоряжении человека всегда целое число денег — рубли, доллары, центы. Невозможно стать свидетелем появления в кармане тысячной доли копейки. В случае денег, копейка будет минимально возможной единицей, на которую средства могут уменьшатся или возрастать.

В этом примере я попытался описать фундаментальное свойство природы: c одной стороны существуют величины, которые изменяются непрерывно, даже если вы умудритесь разбить их на некоторые куски. Это дорога из пункта в пункт — её можно проделать сразу, а можно и поделить на произвольные участки. С другой стороны, есть феномены вроде электромагнитного излучения, что меняются только минимальными, неделимыми порциями, как рубли, прирастающие по копейке. Подобные порции называют элементарными квантами, и если величина способна принимать строго определённые значения, то говорят, что она квантуется.

Известным (благодаря упоминаниям в популярной литературе) квантом является фотон, элементарная составляющая электромагнитного излучения, в том числе и видимого . Фотон достоин отдельной статьи — для перечисления и объяснения его свойств понадобится несколько абзецев. Именно фотоны позволяют видеть окружающий мир.

Уважаемые борцы со всемирным научным заговором и эмоционально несдержанные читатели, ваши комментарии неизбежно удаляются. Даже не тратьте время.

Источник

Энергия кванта

У всех классических механических волн (в жидкостях, газах и твердых телах) главный параметр, определяющий энергию волны, — это ее амплитуда (точнее, квадрат амплитуды). В случае света амплитуда определяет интенсивность излучения. Однако при изучении явления фотоэффекта — выбивания светом электронов из металла — обнаружилось, что энергия выбитых электронов не связана с интенсивностью (амплитудой) излучения, а зависит только от его частоты. Даже слабый голубой свет выбивает электроны из металла, а самый мощный желтый прожектор не может выбить из того же металла ни одного электрона. Интенсивность определяет, сколько будет выбито электронов, — но только если частота превышает некоторый порог. Оказалось, что энергия в электромагнитной волне раздроблена на порции, получившие название квантов. Энергия кванта электромагнитного излучения фиксирована и равна

где h = 4·10 –15 эВ·с = 6·10 –34 Дж·с — постоянная Планка, еще одна фундаментальная физическая величина, определяющая свойства нашего мира. С отдельным электроном при фотоэффекте взаимодействует отдельный квант, и если его энергии недостаточно, он не может выбить электрон из металла. Давний спор о природе света — волны это или поток частиц — разрешился в пользу своеобразного синтеза. Одни явления описываются волновыми уравнениями, а другие — представлениями о фотонах, квантах электромагнитного излучения, которые были введены в оборот двумя немецкими физиками — Максом Планком и Альбертом Эйнштейном.

Энергию квантов в физике принято выражать в электрон-вольтах. Это внесистемная единица измерения энергии. Один электрон-вольт (1 эВ) равен энергии, которую приобретает электрон, когда разгоняется электрическим полем напряжением 1 вольт. Это очень небольшая величина, в единицах системы Си 1 эВ = 1,6·10 –19 Дж. Но в масштабах атомов и молекул электрон-вольт — вполне солидная величина.

От энергии квантов напрямую зависит способность излучения производить определенное воздействие на вещество. Многие процессы в веществе характеризуются пороговой энергией — если отдельные кванты несут меньшую энергию, то, как бы много их ни было, они не смогут спровоцировать надпороговый процесс.

Немного забегая вперед, приведем примеры. Энергии СВЧ-квантов хватает для возбуждения вращательных уровней основного электронно-колебательного состояния некоторых молекул, например воды. Энергии в доли электрон-вольта хватает для возбуждения колебательных уровней основного состояния в атомах и молекулах. Этим определяется, например, поглощение инфракрасного излучения в атмосфере. Кванты видимого света имеют энергию 2–3 эВ — этого достаточно для нарушения химических связей и провоцирования некоторых химических реакций, например, тех, что протекают в фотопленке и в сетчатке глаза. Ультрафиолетовые кванты могут разрушать более сильные химические связи, а также ионизировать атомы, отрывая внешние электроны. Это делает ультрафиолет опасным для жизни. Рентгеновское излучение может вырывать из атомов электроны с внутренних оболочек, а также возбуждать колебания внутри атомных ядер. Гамма-излучение способно разрушать атомные ядра, а самые энергичные гамма-кванты даже внедряются в структуру элементарных частиц, таких как протоны и нейтроны.

Источник

Квант

Квант (от лат. quantum — «сколько») — неделимая часть какой-либо величины в физике; общее название определённых порций энергии (квант энергии), момента количества движения (углового момента), его проекции и других величин, которыми характеризуют физические свойства микро- (квантовых) систем. В основе понятия лежит представление квантовой механики о том, что некоторые физические величины могут принимать только определённые значения (говорят, что физическая величина квантуется). В некоторых важных частных случаях эта величина или шаг её изменения могут быть только целыми кратными некоторого фундаментального значения [1] — и последнее называют квантом. Например, энергия монохроматического электромагнитного излучения угловой частоты ω <\displaystyle \omega > может принимать значения ( N + 1 / 2 ) ℏ ω <\displaystyle (N+1/2)\hbar \omega > , где ℏ <\displaystyle \hbar > — редуцированная постоянная Планка, а N <\displaystyle N> — целое число. В этом случае ℏ ω <\displaystyle \hbar \omega > имеет смысл энергии кванта излучения (иными словами, фотона), а N <\displaystyle N> — смысл числа́ этих квантов (фотонов). В смысле, близком к этому, термин квант был впервые введен Максом Планком в его классической работе 1900 года — первой работе по квантовой теории, заложившей её основу. Вокруг идеи квантования с начала 1900-х годов развилась полностью новая физическая концепция, обычно называемая квантовой физикой.

Ныне прилагательное «квантовый» используется в названии ряда областей физики (квантовая механика, квантовая теория поля, квантовая оптика и т. д.). Широко применяется термин квантование, означающий построение квантовой теории некоторой системы или переход от её классического описания к квантовому. Тот же термин употребляется для обозначения ситуации, в которой физическая величина может принимать только дискретные значения — например, говорят, что энергия электрона в атоме «квантуется».

Сам же термин «квант» в настоящее время имеет в физике довольно ограниченное применение. Иногда его употребляют для обозначения частиц или квазичастиц, соответствующих бозонным полям взаимодействия (фотон — квант электромагнитного поля, фонон — квант поля звуковых волн в кристалле, гравитон — гипотетический квант гравитационного поля и т. д.), также о таких частицах говорят как о «квантах возбуждения» или просто «возбуждениях» соответствующих полей.

Кроме того, по традиции «квантом действия» иногда называют постоянную Планка. В современном понимании это название может иметь тот смысл, что постоянная Планка является естественной единицей измерения действия и других физических величин такой же размерности (например, момента импульса).

Некоторые кванты

Кванты некоторых полей имеют специальные названия:

Источник

Квант (физика)

Квант (от лат. quantum — «сколько») — неделимая порция какой-либо величины в физике. В основе понятия лежит представление квантовой механики о том, что некоторые физические величины могут принимать только определённые значения (говорят, что физическая величина квантуется). В некоторых важных частных случаях эта величина или шаг её изменения могут быть только целыми кратными некоторого фундаментального значения — и последнее называют квантом. Например, энергия монохроматического электромагнитного излучения угловой частоты может принимать значения , где — редуцированная постоянная Планка, а — целое число. В этом случае имеет смысл энергии кванта излучения (иными словами, фотона), а — смысл числа́ этих квантов (фотонов). Именно в этом смысле термин квант был впервые введен Максом Планком в его классической работе 1900 года — первой работе по квантовой теории, заложившей ее основу.

Вокруг идеи квантования с начала 1900-х годов развилась полностью новая физическая концепция, обычно называемая квантовой физикой. Ныне прилагательное «квантовый» используется в названии ряда областей физики (квантовая механика, квантовая теория поля, квантовая оптика и т. д.). Широко применяется термин квантование, означающий построение квантовой теории некоторой системы или переход от её классического описания к квантовому. Тот же термин употребляется для обозначения ситуации, в которой физическая величина может принимать только дискретные значения — например, говорят, что энергия электрона в атоме «квантуется». Сам же термин «квант» в настоящее время имеет в физике довольно ограниченное применение. Иногда его употребляют для обозначения частиц или квазичастиц, соотвествующих бозонным полям взаимодействия (фотон — квант электромагнитного поля, фонон — квант поля звуковых волн в кристалле, гравитон — гипотетический квант гравитационного поля и т. д.), также о таких частицах говорят как о «квантах возбуждения» или просто «возбуждениях» соответствующих полей.

Кроме того, по традиции «квантом действия» иногда называют постоянную Планка. В современном понимании это название может иметь тот смысл, что постоянная Планка является естественной квантовой единицей измерения действия и других физических величин такой же размерности (например, момента импульса).

Некоторые кванты

Кванты некоторыех полей имеют специальные названия:

См. также

Примечания

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Квант (физика)» в других словарях:

ФИЗИКА — наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, св ва и строение материи и законы её движения. Понятия Ф. и её законы лежат в основе всего естествознания. Ф. относится к точным наукам и изучает количеств … Физическая энциклопедия

ФИЗИКА. — ФИЗИКА. 1. Предмет и структура физики Ф. наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиб. общие свойства и законы движения окружающих нас объектов материального мира. Вследствие этой общности не существует явлений природы, не имеющих физ. свойств … Физическая энциклопедия

Физика — Примеры разнообразных физических явлений Физика (от др. греч. φύσις … Википедия

Квант — У этого термина существуют и другие значения, см. Квант (значения). Квант (от лат. quantum «сколько») неделимая порция какой либо величины в физике. В основе понятия лежит представление квантовой механики о том, что некоторые… … Википедия

Квант (журнал) — У этого термина существуют и другие значения, см. Квант (значения). Квант логотип журнала «Квант» Специализация: науч … Википедия

Физика элементарных частиц — (ФЭЧ), часто называемая также физикой высоких энергий или субъядерной физикой раздел физики, изучающий структуру и свойства элементарных частиц и их взаимодействия. Содержание 1 Теоретическая ФЭЧ … Википедия

Физика — I. Предмет и структура физики Ф. – наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи и законы её движения. Поэтому понятия Ф. и сё законы лежат в основе всего… … Большая советская энциклопедия

Физика частиц — Результат столкновения ионов золота с энергией 100 ГэВ, зарегистрированный детектором STAR на коллайдере тяжелых релятивистских ионов RHIC. Тысячи линий обозначают пути частиц, родившихся в одном столкновении. Физика элементарных частиц (ФЭЧ),… … Википедия

Физика ядра и элементарных частиц — Результат столкновения ионов золота с энергией 100 ГэВ, зарегистрированный детектором STAR на коллайдере тяжелых релятивистских ионов RHIC. Тысячи линий обозначают пути частиц, родившихся в одном столкновении. Физика элементарных частиц (ФЭЧ),… … Википедия

ФИЗИКА — (от древнегреч. physis природа). Древние называли физикой любое исследование окружающего мира и явлений природы. Такое понимание термина физика сохранилось до конца 17 в. Позднее появился ряд специальных дисциплин: химия, исследующая свойства… … Энциклопедия Кольера

Источник

Читайте также:  Приборы для измерения механических колебаний

Сравнить или измерить © 2021
Внимание! Информация, опубликованная на сайте, носит исключительно ознакомительный характер и не является рекомендацией к применению.