Bedeutung von Planck'schen Wirkungsquantum?

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3 Antworten

Das PLANCK'sche Wirkungsquantum ist eine universelle Konstante, die Energien in einen fundamentalen Zusammenhang mit Frequenzen und Impulse mit Wellenvektoren bringt.

Sie wurde von PLANCK selbst ursprünglich als Hilfsgröße eingeführt, deshalb ist sein Formelzeichen auch h.

Wenn ein Hohlraum eine bestimmte absolute Temperatur T hat (gemessen in Joule, die Umrechnung in Kelvin erfolgt über die Boltzmann-Konstante k.B≈1,3×10⁻²³J/K), ist er mit elektromagnetischer Strahlung unterschiedlichster Wellenlänge λ bzw. unterschiedlichster Frequenz f=c/λ erfüllt.

Jede mögliche Schwingung kann man sich als einen harmonischen Oszillator, wie ein gedachtes Federpendel, vorstellen, und mit wachsender Frequenz gibt es im 3D-Raum immer mehr davon, proportional zu f².

Nach dem Gleichverteilungssatz sollte jeder Oszillator die Energie T haben. Daher sollte die Verteilung der Intensität als Funktion von λ bzw. f sollte nach der klassischen Physik dem Strahlungsgesetz von RAYLEIGH und JEANS entsprechen, d.h.

(1) u.f[RJ](f,T)·df = (8π/c³)·T·f²·df,

(quadratischer Anstieg bei jeder Temperatur, was eine unendliche Energiedichte bedeuten würde („Ultraviolett-Katastrophe“)) aber stattdessen gilt

(2) u.f[P](f,T)·df = (8πhf³)/(c³(e^{hf/T} – 1))·df,

was bedeutet, dass die Intensität ein Maximum hat und dahinter etwa exponentiell abfällt.

Um das zu erklären, nahm PLANCK 1900 an, dass Licht einer bestimmten Frequenz f immer nur in Energieportionen h·f vorliegen können. Bei einer Temperatur T nämlich, die auch ein Maß für die mittlere Energie der Schwingungen sind, kann eine Schwingung mit h·f≈T oder höher nur selten überhaupt angeregt sein. Je höher die Energie, desto seltener ist sie angeregt.

Fünf Jahre später griff EINSTEIN die Idee der Energiequantelung des Lichts auf, um zu erklären, dass Licht, um den Photoelektrischen Effekt auszulösen (Licht löst Elektronen aus einem Metall), eine gewisse, vom Metall abhängige Mindestfrequenz haben muss. Licht zu geringer Fequenz kann so hell sein wie es will, es passiert nichts.

Stell Dir vor, Du hast einen Ball in einer Kuhle liegen und willst ihn herauskicken. Du kannst nahezu beliebig viel Energie mit zu schwachen Tritten auf den Ball übertragen, der verliert sie nur wieder und nichts passiert. Trittst Du dagegen ein Mal kräftig dagegen, isser draußen.

Diese Erklärung übrigens war es, die EINSTEIN 1921 den Nobelpreis für Physik einbrachte.

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("Quantum" ist ein Neutrum, also ein "es")

Meinst du, du findest im Internet nicht viel dazu, was du verstehst und/oder was du verwenden kannst?

Wofür es gut ist: es ist einfach da, und wir haben es gefunden. Oder es ist eingeplant worden, damit eine stabile Welt existieren kann.

Es sieht so aus, als könnten "Wirkungen" nur in diskreten Portionen in der Größe eben des Planckschen Wirkungsquantums ausgetauscht werden. (Das Konzept der "Wirkung" zu erklären, dürfte über den Schulstoff etwas hinausgehen; das kommt üblicherweise zuerst in der Vorlesung "theoretische Physik" dran.)

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Eigentlich müsste dazu im Netz tonnenweise Material zu finden sein. Meine Rückfragen:

1.)  Auf welcher Schulstufe wurde diese Aufgabe gestellt ?

2.)  Welche Vorkenntnisse in Bezug auf Quantenlehre sind (bei dir selber und bei den Mitschülern) schon vorhanden ?

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Kommentar von weddinger65
20.03.2017, 21:25

Abitur/Gymnasium/2.Semester :)) die schüler haben noch keine Vorkenntnisse.. MfG

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Kommentar von weddinger65
20.03.2017, 21:37

Kannst du mir nun helfen zum Thema? reicht auch wenn nur paar Stichpunkte :)) mir reichen paar Punkte.. :) MfG

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Kommentar von weddinger65
20.03.2017, 21:57

oder eine Quelle...

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