量子物理学的发展

能量量子是人们耳熟能详的量子物理学. 为了更好地理解它,我们首先要理解这种新物理学的必要性。已经建立起来的著名的牛顿物理学或经典物理学确实回答了许多困扰人类的问题,但也有其自身的局限性。

为什么经典物理学失败了?

早期的模型原子欧内斯特·卢瑟福提出的行星系统与电子围绕原子核运行的行星系统非常相似,就像行星围绕太阳运行一样。应用经典物理学该模型建议平衡电子与原子核之间的库仑引力和向外作用的离心力。利用该力平衡方程,得到了大量的参数。

不过,根据既定的电磁理论,一个加速的带电粒子发出电磁辐射。如果一个物体发出电磁辐射,它就会失去能量,因此,一个轨道上的电子的能量会减少,它最终会落入原子核,这当然不是事实。经典物理学的这一重大缺陷为一种新的物理学铺平了道路量子物理学.

虽然经典物理学无法解释这一点,但它在日常考虑中给出了极好的结果。因此,它的应用局限于比原子大得多、比光慢得多的物体。

量子导论

20世纪初,德国物理学家马克斯·普朗克(Max Planck)在研究黑体发出的辐射时,为了完全解释它,他提出了量子化理论。他是第一个谈论量子化的人。根据他的说法,电磁辐射只能以离散的形式发射,而不是连续的。因此,他认为所有的电磁辐射,也就是光,都是以特定的能量包发出的,他称之为量子“或者更确切地说能量子. 因此,他将辐射能量与频率“f”联系起来

E=高频

式中,E为关联能量,h为普朗克常数(=6.626×10)-34焦耳(秒)

因此,能量只能以量子化的方式传递,即只能以普朗克常数的整数倍传递。后来爱因斯坦的光电效应也得出了同样的结论。他扩展了普朗克的观点,说不仅是发射或吸收,而且能量本身也是量子化的。

起源能量量子可以归结为进一步发展尼尔玻尔的原子模型. 他把普朗克的思想应用到原子物理学中,并给出了一个模型,在这个模型中,电子确实绕着原子核运行,但在不同的固定轨道上运行。一个固定的轨道意味着一个固定的能量,因此电子不会落入原子核。轨道被定义为一个能级,在这个能级上,电子可以从一个能级跃迁到另一个能级。靠近原子核的能级比远原子核的能级能量低。因此,如果一个电子从一个较高的能级下降到一个较低的能级,我们得到的能量等于这两个能级之差,而一个电子只有在获得与这两个能级之差相等的能量时才会跳到较高的能级。这就是量子跃迁。如果我们提供的能量小于差值,它将保持在同一水平。

发射光谱

该模型还解释了不同元素所表现出的独特光谱模式。发现图案中每种颜色对应的能量与不同轨道能级的差别相同。跳跃越高,即轨道跳跃越高,相关能量越高,其颜色越接近光谱模式中光谱的紫色端。如果没有固定的能量水平,激发原子发射的光谱将是从红色到紫色的连续光谱,这当然不是事实。因此玻尔模型解释了能量的离散性。

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