|
'''Ультрафиоле́товая катастро́фа''' — физический термин, описывающий [[парадокс]] [[классическая физика|классической физики]], состоящий в том, что полная мощность [[тепловое излучение|теплового излучения]] любого нагретого тела должна быть бесконечной. Название парадокс получил из-за того, что спектральная плотность мощности излучения должна была неограниченно расти по мере сокращения длины волны.
'''“Ультрофиолетовая катастрофа”
Прежде чем начать свое выступление нам бы хотелось ввести одно опрделение т.к на нем основано множество теорий и благодаря нему появился такой феномкн как “Ультрофиолетовая катастрофа”.
Абсолютно чёрное тело — физическая абстракция, применяемая в термодинамике, тело, поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах и ничего не отражающее.
В 19 веке множество ученых пыталось вывести формулу по нахождению энергии излучаемой абсолютно черным телом.
Изначально к решению проблемы были применены чисто классические методы, которые дали ряд важных и верных результатов, однако полностью решить проблему не позволили, приведя в конечном итоге не только к резкому расхождению с экспериментом, но и к внутреннему противоречию.
Было выведено множество формул (Первый закон излучения Вина, Второй закон излучения Вина, Закон Рэлея — Джинса, Закон Планка, Закон Стефана — Больцмана, Закон смещения Вина). Но многие из них не соответствовало реальным данным (т.е результаты экспериментов не совпадали с результатами вычислений)
Попытка описать излучение абсолютно чёрного тела исходя из классических принципов термодинамики и электродинамики приводит к закону Рэлея — Джинса:
Эта формула предполагает квадратичное возрастание спектральной плотности излучения в зависимости от его частоты. На практике такой закон означал бы невозможность термодинамического равновесия между веществом и излучением, поскольку согласно ему вся тепловая энергия должна была бы перейти в энергию излучения коротковолновой области спектра. Такое гипотетическое явление было названо ультрафиолетовой катастрофой.
Ультрафиоле́товое излуче́ние (ультрафиолет, УФ, UV) — электромагнитное излучение, занимающее диапазон между фиолетовым концом видимого излучения и рентгеновским излучением (380 — 10 нм).
Она была названа так потому что примерно в диапазоне ультрафиолетового излучения по расчетам интенсивность излучения стремилась к бесконечности. Что и иллюстрирует график.На нем представлен график зависимости интенсивности от длины волны при определенной температуре. Рассчеты получившиеся по формуле представлены черной полосой а реальные данные цветными.
Тем не менее закон излучения Рэлея — Джинса справедлив для длинноволновой области спектра и адекватно описывает характер излучения. Объяснить факт такого соответствия можно лишь при использовании квантово-механического подхода, согласно которому излучение происходит дискретно. Исходя из квантовых законов можно получить формулу Планка, которая будет совпадать с формулой Рэлея — Джинса на длинноволновой области спектра.
Этот факт является прекрасной иллюстрацией действия принципа соответствия, согласно которому новая физическая теория должна объяснять всё то, что была в состоянии объяснить старая.
Вывести истинную формулу позже удалось Планку. В своих расчетах Планк выбрал наиболее простую модель излучающей системы (стенок полости) в виде гармонических осцилляторов (электрических диполей)
Осцилля́тор (от лат. oscillo — качаюсь) — система, совершающая колебания, то есть показатели которой периодически повторяются во времени.
со всевозможными собственными частотами. Здесь Планк следовал Рэлею. Но Планку пришла мысль связать с энергией осциллятора не его температуру, а его энтропию.
Энтропия - мера необратимого рассеивания энергии, мера отклонения реального процесса от идеального.
Оказалось, что полученное выражение хорошо описывает экспериментальные данные (октябрь 1900 г.). Однако обосновать свою формулу Планк смог только в декабре 1900 года, после того, как более глубоко понял вероятностный смысл энтропии, на которую указал Больцман
Принципиальное отличие вывода Планка от выводов Рэлея и других в том, что «не может быть и речи о равномерном распределении энергии между осцилляторами».
Таким образом, формула Планка полностью объясняла законы излучения абсолютно черного тела. Следовательно, гипотеза о квантах энергии была подтверждена экспериментально, хотя сам Планк не слишком благосклонно относился к гипотезе о квантовании энергии.
Теоретически вывод этой формулы М. Планк представил 14 декабря 1900 г. на заседании Немецкого физического общества. Этот день стал датой рождения квантовой физики.
Таким образом, формула Планка не только хорошо согласуется с экспериментальными данными, но и содержит в себе частные законы теплового излучения. Ее решение стало возможным лишь благодаря революционной квантовой гипотезе Планка.
По сути этот парадокс показал если не внутреннюю противоречивость классической физики, то во всяком случае крайне резкое (абсурдное) расхождение с элементарными наблюдениями и экспериментом.
Так как это не согласуется с экспериментальным наблюдением, в конце 19 века возникали трудности в описании [[фотометрия|фотометрических]] характеристик тел.
Проблема была решена при помощи [[квантовая теория излучения|квантовой теории излучения]] [[Макс Планк|Макса Планка]] в [[1900]] году.
==См. также==
| 