Plancks Gleichung

Hinweis::
Joulesekunden (Js) sind Einheiten für Wirkung und Drehimpuls, die Massen (in kg) multipliziert mit einer Geschwindigkeit (in m/s) multipliziert mit einer Position darstellen.

E = hf

L'Planck-Gleichung(1900), benannt nach dem deutschen PhysikerMax Planck(1858-1947) ist eine Formel, die den Zusammenhang zwischen der Energie eines Photons und der Frequenz des entsprechenden Lichts beschreibt.

Diese Gleichung wurde vom Physiker entwickelt, um die spektrale Verteilung der Strahlung von zu erklärenschwarzer KörperDas war damals ein Rätsel.

Hinweis::
In der Physik ist ein schwarzer Körper ein ideales Objekt, das alle einfallende elektromagnetische Strahlung vollständig absorbiert, unabhängig von der Frequenz oder Richtung dieser Strahlung. Es reflektiert oder lässt kein Licht durch, kann jedoch beim Erhitzen Strahlung abgeben, die sogenannte Schwarzkörperstrahlung.

Als Physiker mit der klassischen Theorie des Elektromagnetismus die spektrale Dichte der von einem schwarzen Körper bei einer bestimmten Temperatur abgestrahlten Energie berechneten, erhielten sie nicht die tatsächliche Energieverteilung, die für schwarze Körper beobachtet wurde.

Die klassische Theorie des Elektromagnetismus ging davon aus, dass die Energie kontinuierlich sei, d. h. elektromagnetische Wellen könnten jede Energie haben. Um dieses Rätsel zu lösen, stellt Planck die Hypothese auf, dass Energie nicht kontinuierlich, sondern in kleinen diskreten „Paketen“ ausgetauscht wird, die er „Quanten“ nennt. Diese Annahme bedeutete, dass elektromagnetische Energie keinen beliebigen Wert annehmen konnte, sondern nur Vielfache einer bestimmten Grundenergie gleich der Frequenz multipliziert mit einer Konstanten.

Die Gleichung ist heute einer der Eckpfeiler der Quantenphysik und wird in der folgenden Form ausgedrückt: E = hf, wobei E die Energie des Photons, f die Frequenz des Lichts und h die Plancksche Konstante mit einem Wert von 6,626 x 10 darstellt^-34Joule-Sekunde.

Dies bedeutet, dass die Energie E eines elektromagnetischen Photons direkt proportional zu seiner Frequenz ν ist und dass die Proportionalitätskonstante istPlanck-Konstante h. Diese Beziehung ist heute bekannt alsPlanck-Einstein-Gleichung.

Wofür wird E = hf verwendet?

Plancks Gleichung hatte wichtige Auswirkungen auf das Verständnis der Natur des Lichts, das damals nur als elektromagnetische Welle betrachtet wurde.

Plancks Gleichung führte zur Entwicklung der Quantenmechanik, dem Zweig der Physik, der die Eigenschaften und das Verhalten subatomarer Teilchen untersucht.

Die Plancksche Konstante h, die die Energie von Photonen mit ihrer Frequenz in Beziehung setzt, ist eine grundlegende Konstante der Quantenphysik, da sie zur Quantifizierung der mit elektromagnetischen Wechselwirkungen und allen Quantenprozessen verbundenen Energie verwendet wird. Es spielt eine wichtige Rolle beim Verständnis zahlreicher Phänomene wie dem Welle-Teilchen-Dualität, der Emission und Absorption von Photonen, den Energien von Quantenübergängen in Atomen und Molekülen, der elektrischen Leitfähigkeit von Festkörpern, der Erzeugung elektromagnetischer Strahlung in Teilchenbeschleunigern, dem Verständnis der Sternentstehung usw.

Die Plancksche Konstante wird in vielen Bereichen der Technologie verwendet, darunter in der Spektroskopie, dem Halbleiterdesign, der Laserproduktion, dem Solarzellendesign und mehr. Es ist in viele Gleichungen der Quantenphysik eingedrungen, insbesondere in dieSchrödinger-Gleichung, das die zeitliche Entwicklung der Quantenzustände eines Systems beschreibt. Aber auch dieHeisenberg-Unschärferelation, die besagt, dass es eine grundlegende Grenze für die Präzision gibt, mit der es möglich ist, gleichzeitig die Position und den Impuls eines Teilchens zu messen.