Номер 3, страница 243 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Глава 7. Квантовые явления. Параграф 58. Излучение и спектры. Квантовая гипотеза Планка. Темы докладов - номер 3, страница 243.

Условие.

3. Энергия кванта.

Решение.

3. Энергия кванта.

Квант (от лат. quantum — «сколько») — это минимальная, неделимая порция какой-либо физической величины, которая может участвовать во взаимодействии. Понятие кванта было введено немецким физиком Максом Планком в 1900 году для объяснения закономерностей излучения абсолютно черного тела. Планк выдвинул гипотезу, что энергия излучается и поглощается не непрерывно, а дискретными порциями — квантами. Эта идея положила начало развитию квантовой механики.

Основная формула для энергии кванта электромагнитного излучения (фотона) была предложена Планком и имеет вид:$E = h\nu$

В этой формуле: $\text{E}$ — это энергия кванта, измеряемая в Джоулях (Дж) в системе СИ; $\text{h}$ — постоянная Планка, фундаментальная физическая константа, значение которой составляет приблизительно $h \approx 6.626 \times 10^{-34} \text{ Дж} \cdot \text{с}$; $\nu$ (греческая буква "ню") — частота электромагнитного излучения, измеряемая в Герцах (Гц). Эта формула показывает, что энергия кванта прямо пропорциональна частоте излучения: чем выше частота, тем больше энергия кванта.

Частота излучения $\nu$ связана со скоростью света в вакууме $\text{c}$ и длиной волны $\lambda$ (греческая буква "лямбда") соотношением $\nu = \frac{c}{\lambda}$. Подставив это выражение в формулу Планка, можно получить другую форму записи для энергии кванта:$E = \frac{hc}{\lambda}$

Здесь $\text{c}$ — это скорость света в вакууме, приблизительно равная $c \approx 3 \times 10^8 \text{ м/с}$, а $\lambda$ — длина волны излучения в метрах (м). Из этой формулы следует, что энергия кванта обратно пропорциональна длине волны: чем короче длина волны, тем выше энергия. Например, кванты ультрафиолетового излучения обладают большей энергией, чем кванты видимого света, а те, в свою очередь, — большей, чем кванты инфракрасного излучения.

В атомной и ядерной физике для измерения энергии часто используют внесистемную единицу — электронвольт (эВ). Один электронвольт — это энергия, которую приобретает электрон, проходя в вакууме разность потенциалов в 1 вольт. Связь между джоулем и электронвольтом: $1 \text{ эВ} \approx 1.602 \times 10^{-19} \text{ Дж}$.

Концепция энергии кванта имела революционное значение для физики. Во-первых, Альберт Эйнштейн, развивая идеи Планка, объяснил явление фотоэффекта, предположив, что свет состоит из частиц (фотонов), энергия которых равна $h\nu$. Если эта энергия достаточна для преодоления работы выхода, электрон выбивается с поверхности металла. Во-вторых, квантовая теория объяснила линейчатые спектры атомов. Атомы могут находиться только в определенных энергетических состояниях (уровнях). Излучение или поглощение кванта света происходит при переходе электрона с одного энергетического уровня на другой, при этом энергия кванта равна разности энергий этих уровней: $\Delta E = E_2 - E_1 = h\nu$.

Ответ: Энергия кванта — это фундаментальное понятие в квантовой физике, описывающее дискретную (порционную) природу энергии. Для кванта электромагнитного излучения, называемого фотоном, энергия ($\text{E}$) прямо пропорциональна его частоте ($\nu$) и обратно пропорциональна длине волны ($\lambda$). Она вычисляется по формуле Планка: $E = h\nu = \frac{hc}{\lambda}$, где $\text{h}$ — постоянная Планка, а $\text{c}$ — скорость света. Эта концепция является основой для объяснения таких явлений, как фотоэффект и атомные спектры.