A Equação de Planck

N.B.: Os joule-segundo (Js) são unidades de ação e momento angular que representam massas (em kg) multiplicadas por velocidade (em m/s) multiplicadas por posição.

E = hf

A equação de Planck (1900), nomeada após o físico alemão Max Planck (1858-1947), é uma fórmula que descreve a relação entre a energia de um fóton e a frequência da luz correspondente.

Esta equação foi desenvolvida pelo físico para explicar a distribuição espectral da radiação do corpo negro, que era um enigma na época.

N.B.: Na física, um corpo negro é um objeto ideal que absorve completamente toda a radiação eletromagnética incidente, independentemente da frequência ou direção dessa radiação. Não reflete nem transmite qualquer luz, mas pode emitir radiação quando aquecido, conhecida como radiação do corpo negro.

Quando os físicos calculavam a densidade espectral da energia radiada por um corpo negro a uma determinada temperatura com a teoria clássica do eletromagnetismo, não obtinham a distribuição real da energia observada para os corpos negros.

A teoria clássica do eletromagnetismo supunha que a energia era contínua, ou seja, as ondas eletromagnéticas podiam ter qualquer energia. Para resolver este enigma, Planck emitiu a hipótese de que a energia não se troca de maneira contínua, mas em pequenos "pacotes" discretos que ele chamou de "quanta". Esta hipótese significava que a energia eletromagnética não podia tomar qualquer valor, mas apenas múltiplos de uma certa energia base igual à frequência multiplicada por uma constante.

A equação é hoje uma das pedras angulares da física quântica e é expressa na seguinte forma: E = hf onde E representa a energia do fóton, f a frequência da luz e h a constante de Planck que tem um valor de 6,626 x 10^-34 joule-segundo.

Isso significa que a energia E de um fóton eletromagnético é diretamente proporcional à sua frequência ν, e a constante de proporcionalidade é a constante de Planck h. Esta relação é hoje conhecida como a equação de Planck-Einstein.

Para que serve E = hf?

A equação de Planck teve implicações importantes para a compreensão da natureza da luz, que na época era considerada apenas uma onda eletromagnética.

A equação de Planck levou ao desenvolvimento da mecânica quântica, que é o ramo da física que estuda as propriedades e o comportamento das partículas subatômicas.

A constante de Planck h, que relaciona a energia dos fótons à sua frequência, é uma constante fundamental da física quântica porque serve para quantificar a energia associada às interações eletromagnéticas e a todos os processos quânticos. Ela desempenha um papel importante na compreensão de muitos fenômenos, como a dualidade onda-partícula, a emissão e absorção de fótons, as energias de transições quânticas nos átomos e moléculas, a condutividade elétrica dos sólidos, a produção de radiação eletromagnética em aceleradores de partículas, a compreensão da formação das estrelas, etc.

A constante de Planck é usada em muitos campos tecnológicos, especialmente para o estudo da espectroscopia, o design de semicondutores, a produção de lasers, o design de células solares, etc. Ela invadiu muitas equações da física quântica, especialmente a equação de Schrödinger, que descreve a evolução temporal dos estados quânticos de um sistema. Mas também a relação de incerteza de Heisenberg, que enuncia que há um limite fundamental para a precisão com que se pode medir simultaneamente a posição e a quantidade de movimento de uma partícula.