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为什么说普朗克是天才,他通过研究电磁波提出了颠覆性的理论!

 自石湾泿花飞舞 2019-04-28

电磁辐射是能量在空间中传播的多种方式之一。来自燃烧的火的热量,来自太阳的光,医生使用的x射线,以及用微波烹饪食物的能量都是电磁辐射的各种形式。虽然这些形式的能量可能看起来彼此非常不同,但它们之间有联系,因为它们都表现出波的性质。

如果你曾经在海里游泳过,你就已经熟悉海浪了。波只是特定物理介质或场中的扰动,导致振动或振荡。海洋中波浪的膨胀,以及随之而来的下沉,仅仅是海洋表面水的振动或振荡。电磁波是相似的,但它们也是不同的,因为它们实际上由若干个相互垂直振荡的波组成。其中一个波是振荡磁场;另一个是振荡电场。这可以可视化如下:

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虽然对电磁辐射有一个基本的了解是件好事,但大多数化学家对这种能量背后的物理学兴趣不大,而对这些波如何与物质相互作用感兴趣得多。更具体地说,化学家研究不同形式的电磁辐射如何与原子和分子相互作用。从这些相互作用中,化学家可以得到分子结构的信息,以及它所包含的化学键的类型。在我们讲这个之前,我们有必要多讲一点光波的物理性质。

波的基本性质:振幅、波长和频率。

正如您可能已经知道的,一个波有一个波谷(最低点)和一个波峰(最高点)。波峰尖端与波中轴之间的垂直距离称为波幅。这是与波的亮度或强度有关的性质。两个连续波谷或波峰之间的水平距离称为波的波长。这些长度可以可视化如下:

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请记住,有些波(包括电磁波)也在空间中振荡,因此随着时间的推移,它们在给定的位置振荡。被称为波的频率的量是指每秒通过空间中某一点的全波长的数量;频率的SI单位是赫兹,也就是一秒钟通过了多少个全波长。

由光速不变原理可知,波长和频率是成反比的:即波长越短,频率越高,反之亦然。

该关系由下式给出:c=λν

光的量子化

普朗克发现黑体发出的电磁辐射不能用经典物理学来解释,经典物理学假定物质可以吸收或发射任何数量的电磁辐射。

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青年的普朗克

普朗克的发现为光子的发现铺平了道路。光子是光的基本粒子或量子。我们很快就会看到,光子可以被原子和分子吸收或发射。当光子被吸收时,它的能量转移到那个原子或分子上。因为能量是量子化的,光子的全部能量就转移了(记住我们不能转移量子的一部分,这是可能的最小的单个“能量包”)。反之亦然。当一个原子或分子失去能量时,它会发出光子,光子携带的能量恰好等于原子或分子的能量损失。能量的这种变化与光子发射或吸收的频率成正比。这种关系由普朗克著名方程给出:E=hν,其中h是普朗克常量ν是频率。

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老年的普朗克

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