О какой энергии здесь говорится? Какое «действие» (h) выполняется? Частота ν – что это такое в каждом данном случае?
Во-первых, здесь говориться (в теории Планка) о той энергии, которую излучает атом.
Во-вторых, эта энергия излучения распространяется в пространстве исключительно – со скоростью света.
В-третьих, эта энергия распространяется прерывными порциями-«квантами». Величина такого «кванта энергии» равна произведению величин .
В-четвертых, величина «кванта действия» h почти совпадает (нормирована) с тем внутриатомным процессом, в котором электрон, вращаясь по первой боровской орбите, совершает действие, равное следующей величине (хотя сами физики обходят этот аналог фактически – молчанием):
– «действие» – количество движения (
) на пути S,
где m – масса электрона – 9,10953 кг;
V – скорость электрона на этой (первой) орбите – 2,19 м/сек;
r – радиус первой орбиты – 0,53 м;
mVr – момент количества движения тела, вращающегося по окружности радиуса r и имеющего массу m.
– «действие» в течение секунды времени.
Уточнённая физиками во многих опытах эта величина имеет значение:
h= (примерно, по разным источникам), что отличается от вычисленного нами (физического) аналога в
В-пятых, из опыта физиков и химиков известна такая, например, величина как энергия ионизации атома водорода из того его нормального состояния (при комнатной температуре), когда электрон в этом атоме кружит именно по первой орбите (хотя сами физики-квантовомеханики об орбитах давно забыли, но говорят только так: «энергия ионизации атома с первого энергетического уровня»). Эта величина равна 13,6 эВ. Тогда, применяя формулу Планка, найдём частоту того «кванта энергии», который может совершить такое действие – как выбивание электрона из атома:
Эта частота принадлежит диапазону длин волн мягкого рентгена.
Итак, если на атом, с электроном в нём на первой орбите, направить рентгеновский «квант энергии», в котором процесс колебания этой «энергии» происходит с частотой 3,3 Гц, то атом можно будет ионизировать. На этом утверждении физики-квантовомеханики благополучно умолкают. Их не интересуют вопросы типа: «Как направить?», «В какую «точку» атома направить?», «С какой взаимной поляризацией электрона и этого самого «кванта» направить?» и так далее. Но мы сейчас не об этом.
Школьник недоуменно задаёт свой «коронный» вопрос:
– Ну ладно, направили этот квант с частотой 3,3 Гц. Но «герц» – это количество колебаний в секунду. А где же этот квант заканчивается? Он что – целую секунду должен длиться для того чтобы «вкачать» в атом эту энергию 13,6 эВ?
– Хороший вопрос. Молодец, начинаешь думать. Формула Планка не говорит впрямую о том, где «заканчивается» квант энергии . Она, формула, «нормирована» только к той «порции энергии»
, которая излучается атомом и которую назвали «квантом энергии» или «фотоном». И поэтому, для того чтобы не говорить о том «где заканчивается» квант энергии, его энергия как бы «нормирована» (привязана) к одной секунде времени. На самом же деле к секунде «привязана» не сама энергия (Е), а привязаны величины формулы, её определяющие:
– частота колебаний «кванта энергии» (фотона), которая измеряется в «герцах» (количество колебаний за одну секунду);
h – «действие», – «энергия в течение секунды». Энергия, дружище, это такая характеристика чего бы то ни было, которая говорит об «энергичности»-силе-мощи того или иного процесса, то есть о том, какая работа выполняется в данном процессе («энергия – это способность тела совершить работу» – эту формулировку надо всегда держать в памяти, во избежание ошибок и недоразумений). Здесь, пожалуй, надо начать объяснения… с электрического чайника. А именно: чайник мощностью 2 киловатта (2кВт) нагревает воду до кипения за 3 минуты времени. Какова энергия электричества, которая подводится к чайнику и потребляется им?
(вольт ампер
час = «вольт-ампер в течение часа») = 0,1 кВт
час = 220В
0,455А
час = 220В
9,1А
3 минуты (0,05 часа).
Итак, на нагревание воды мы затратили (при привязке потребления энергии к одному часу – как в жилых домах) 0,1 кВт