מנה. היסטוריה ומהות הגילוי המדעי

גילויים מדעיים חשובים ביותר
ספרייה חינם / מדריך / התגליות המדעיות החשובות ביותר

מנה. היסטוריה ומהות הגילוי המדעי

התגליות המדעיות החשובות ביותר

מדענים ניסו זה מכבר למצוא נוסחה שתתאר במדויק ובהסכמה מלאה עם הניסוי את ספקטרום הקרינה של גוף שחור.

ניסויים קבעו זה מכבר שהספקטרום של גוף שחור דומה לגבעה מחודדת או לגיבנת של גמל. החלק העליון של הדבשת, שבו הקרינה היא מקסימלית, הוא באורך גל מסוים, שערכו תלוי בטמפרטורה, ומשמאל - בכיוון אורכי גל קצרים וימינה - בכיוון של אורך גל ארוך, עוצמת הקרינה יורדת בחדות.

בשנת 1892, הפיזיקאי הרוסי גוליטסין בעבודתו "מחקר בפיזיקה מתמטית" התייחס לבעיית אנרגיית הקרינה. בעבודה זו מגיע גוליצין לתוצאה שניתן לנסח אותה כחוק הבא:

הטמפרטורה המוחלטת נקבעת על ידי מכלול כל התזוזות החשמליות, והיא החזקה הרביעית של הטמפרטורה המוחלטת שהיא ביחס ישר לסכום הריבועים של כל התזוזות החשמליות.

כך, הוא התקרב לרעיונות של תורת הקוונטים העתידית - גז הפוטונים איינשטיין. ואין פלא שמחשבותיו לא הובנו לבני דורו.

בשנות ה-1864, וילהלם וינה (1927-XNUMX) השיג נוסחה שהתאמתה היטב לניסיון באזור הגלים הקצרים, אך לא בחלק הארוך של הספקטרום.

בשנת 1900, ג'ון וויליאם ריילי (1842–1919) עשה ניסיון ליישם את חוק ההפצה האחידה של האנרגיה על פני דרגות החופש לקרינה. וין מתאר את הניסיון הזה כך:

"לורד ריילי היה הראשון שניגש לשאלה זו מזווית אחרת לגמרי: הוא ניסה להחיל על שאלת הקרינה חוק כללי מאוד של מכניקה סטטיסטית, כלומר חוק ההתפלגות האחידה של האנרגיה בין דרגות החופש של מערכת. במצב של שיווי משקל סטטיסטי...

קרינה בחלל ריק יכולה להיות מיוצגת גם כך שתהיה לה מספר מסוים של דרגות חופש. העובדה היא שכאשר הגלים מוחזרים הלוך ושוב מהקירות, נוצרות מערכות של גלים עומדים, הממוקמות במרווחים שבין שני הקירות... הגלים העומדים האפשריים הבודדים מייצגים כאן גם את המרכיבים המקבילים של התופעות המתרחשות. ומתאימות לדרגות החופש. אם לכל דרגת חופש ניתנת כמות האנרגיה המיוחסת לחלקה, אזי יתקבל חוק הקרינה של ריילי, לפיו פליטת אנרגיית הקרינה באורך גל מסוים עומדת ביחס ישר לטמפרטורה המוחלטת וביחס הפוך לחזקת הרביעית. של אורך הגל. חוק זה מתיישב עם נתוני הניסיון רק במקום שבו הדין הנחשב לעיל מפסיק להיות צודק, ולכן הוא נחשב תחילה לחוק בעל צדק מוגבל.

לפיכך, היו שתי נוסחאות: האחת לחלק באורך הגל הקצר של הספקטרום (הנוסחה של ווין), השנייה לחלק באורך הגל הארוך (הנוסחה של ריילי). האתגר היה להתאים אותם.

"קטסטרופה אולטרה סגולה" כינה את החוקרים אי התאמה בין תיאוריית הקרינה לניסוי. אי התאמה שלא ניתן היה לבטל בשום אופן. חישובים מתמטיים הגיוניים ומוצדקים הובילו תמיד לנוסחאות, שהמסקנות מהן היו סותרות לחלוטין עם הניסוי. מהנוסחאות הללו עלה כי תנור לוהט אמור, עם הזמן, להפיץ עוד ועוד חום לחלל שמסביב ובהירות הזוהר שלו צריכה לעלות יותר ויותר!

"קטסטרופה אולטרה סגולה" עכשווית, פיזיקאי לורנץ הוא העיר בעצב: "התברר שהמשוואות של הפיזיקה הקלאסית אינן מסוגלות להסביר מדוע תנור גוסס אינו פולט קרניים צהובות יחד עם קרינה של אורכי גל גדולים..."

מקס פלאנק הצליח "לתפור" את הנוסחאות הללו של ווין ורייליי ולהסיק נוסחה המתארת במדויק את ספקטרום הקרינה של גוף שחור.

פיזיקאי גרמני מקס קרל ארנסט לודוויג פלאנק (1858–1947) נולד בעיר קיל בפרוסיה, במשפחתו של פרופסור למשפט אזרחי. בשנת 1867 עברה המשפחה למינכן, ושם נכנס פלאנק לגימנסיה הקלאסית המלכותית מקסימיליאן, שם מורה מצוין למתמטיקה עורר בו לראשונה עניין במדעי הטבע והמדויקים. לאחר שסיים את לימודיו בגימנסיה ב-1874, למד פלאנק מתמטיקה ופיזיקה במשך שלוש שנים באוניברסיטת מינכן ובמשך שנה באוניברסיטת ברלין.

במהלך שהותו בברלין רכש פלאנק השקפה רחבה יותר על הפיזיקה באמצעות פרסומים של פיזיקאים בולטים. הרמן פון הלמהולץ וגוסטב קירכהוף, וכן מאמרים מאת רודולף קלאוזיוס. היכרות עם עבודותיהם תרמה לכך שתחומי העניין המדעיים של פלאנק התמקדו במשך זמן רב בתרמודינמיקה - תחום פיזיקה שבו, על בסיס מספר קטן של חוקים בסיסיים, נלמדות תופעות של חום, אנרגיה מכנית ושינוי אנרגיה. .

פלאנק קיבל את תואר הדוקטור שלו ב-1879, לאחר שהגן על עבודת הגמר שלו "על החוק השני של התיאוריה המכנית של החום" באוניברסיטת מינכן. ב-1885 הוא הפך לפרופסור עזר באוניברסיטת קיל.

עבודתו של פלאנק על תרמודינמיקה ויישומיה בכימיה פיזיקלית ואלקטרוכימיה זיכתה אותו בהכרה בינלאומית. בשנת 1888 הוא הפך לפרופסור עזר באוניברסיטת ברלין ולמנהל המכון לפיזיקה תיאורטית.

במקביל, פלאנק פרסם מספר מאמרים על התרמודינמיקה של תהליכים פיזיקליים וכימיים. התיאוריה של שיווי משקל כימי של תמיסות מדוללות, שהוא יצר, זכתה לתהילה מיוחדת. בשנת 1897 הופיעה המהדורה הראשונה של הרצאותיו על תרמודינמיקה. באותה תקופה, פלאנק כבר היה פרופסור רגיל באוניברסיטת ברלין וחבר באקדמיה הפרוסית למדעים.

מ-1896 החל פלאנק להתעניין במדידות שנעשו במכון הממלכתי לפיזיקה וטכנולוגיה בברלין, כמו גם בבעיות של קרינה תרמית מגופים. בביצוע המחקר שלו, פלאנק הפנה את תשומת הלב לחוקים פיסיקליים חדשים. הוא קבע על בסיס ניסוי את חוק הקרינה התרמית של גוף מחומם. במקביל, הוא נתקל בעובדה שלקרינה יש אופי לא רציף. פלאנק הצליח לבסס את החוק שלו רק בעזרת ההנחה המדהימה שהאנרגיה של תנודות אטומיות אינה שרירותית, אלא יכולה לקבל רק סדרה של ערכים מוגדרים היטב. פלאנק קבע שאור עם תדר תנודה צריך להיפלט ולספוג במנות, והאנרגיה של כל חלק כזה שווה לתדר התנודה כפול קבוע מיוחד, הנקרא קבוע של פלאנק.

הנה איך פלאנק עצמו כותב על זה:

"באותה תקופה פנו כל הפיזיקאים המצטיינים, הן מהצד הניסיוני והן מהצד התיאורטי, לבעיית התפלגות האנרגיה בספקטרום הנורמלי. עם זאת, הם חיפשו אותה בכיוון של ייצוג עוצמת הקרינה כ פונקציה של טמפרטורה, בעוד שחשדתי בקשר עמוק יותר בתלות האנטרופיה באנרגיה. היות וערך האנטרופיה טרם מצא את ההכרה הראויה, לא דאגתי כלל לשיטה בה השתמשתי ויכולתי לבצע באופן חופשי ויסודי את שלי חישובים ללא חשש מהפרעות או התקדמות מצד אף אחד.

מכיוון שלנגזרת השנייה של האנטרופיה שלו ביחס לאנרגיה שלו יש חשיבות מיוחדת לבלתי הפיך של חילופי האנרגיה בין מתנד לקרינה הנרגשת ממנו, חישבתי את ערכה של כמות זו עבור המקרה שהיה אז במרכז של כל האינטרסים של חלוקת האנרגיה של וויין, ומצאה תוצאה יוצאת דופן שלמקרה זה ההדדיות של ערך כזה, שציינתי כאן K, היא פרופורציונלית לאנרגיה. החיבור הזה כל כך פשוט להפליא, שבמשך זמן רב זיהיתי אותו ככללי לחלוטין ועבדתי על הבסיס התיאורטי שלו. עם זאת, חוסר החשש של הבנה כזו נחשפה במהרה לפני תוצאות מדידות חדשות. כלומר, בעוד שעבור ערכי אנרגיה קטנים, או עבור גלים קצרים, חוק וינה אושר באופן מושלם גם מאוחר יותר, עבור ערכי אנרגיה גדולים, או עבור גלים גדולים, לומר ופרינגסהיים קבעו לראשונה סטייה ניכרת, ואת הסטיות המושלמות שבוצעו על ידי רובנס ו-F. Kurlbaum מדידות עם פלואורספאר ומלח אשלגן גילו יחס שונה לחלוטין, אך שוב פשוט, לפיו הערך של K הוא פרופורציונלי לא לאנרגיה, אלא לריבוע האנרגיה כאשר הולכים לערכים גדולים של אנרגיה ואורכי גל.

לפיכך, ניסויים ישירים קבעו שני גבולות פשוטים לפונקציה: עבור אנרגיות קטנות, מידתיות (מהדרגה הראשונה) לאנרגיה, עבור אנרגיות גדולות, לריבוע האנרגיה. ברור שכמו שכל עיקרון של חלוקת אנרגיה נותן ערך מסוים של K, כך כל ביטוי מוביל לחוק מסוים של חלוקת אנרגיה, והשאלה כעת היא למצוא ביטוי I שיתן את חלוקת האנרגיה שנקבעה על ידי מדידות. אבל עכשיו שום דבר לא היה טבעי יותר מאשר לחבר למקרה הכללי ערך בצורה של סכום של שני איברים: אחד מהמדרגה הראשונה, והשני של המדרגה השנייה של האנרגיה, כדי שעבור אנרגיות נמוכות האיבר הראשון יהיה להיות החלטי, עבור גדולים - השני; במקביל, נמצאה נוסחה חדשה לקרינה, אותה הצעתי בפגישה של החברה הפיזיקלית של ברלין ב-19 באוקטובר 1900 והמלצתי עליה למחקר.

... נוסחת הקרינה אושרה גם על ידי מדידות עוקבות, כלומר, יותר מדויק, שיטות מדידה עדינות יותר שימשו. עם זאת, נוסחת המדידה, אם נניח את אמיתותה המדויקת, הייתה כשלעצמה רק חוק ניחוש בשמחה, בעל משמעות פורמלית בלבד.

ב-14 בדצמבר 1900 דיווח פלאנק לאגודה הפיזיקלית של ברלין על השערתו ועל נוסחת הקרינה החדשה. ההשערה שהציג פלאנק סימנה את לידתה של תורת הקוונטים, שעשתה מהפכה של ממש בפיזיקה. הפיזיקה הקלאסית, בניגוד לפיזיקה המודרנית, נקראת כיום "פיזיקה לפני פלאנק".

המונוגרפיה של פלאנק הרצאות על התיאוריה של קרינה תרמית פורסמה ב-1906. הוא הודפס מספר פעמים. התיאוריה החדשה שלו כללה, בנוסף לקבוע של פלאנק, גדלים יסודיים נוספים כמו מהירות האור ומספר המכונה קבוע בולצמן. בשנת 1901, בהתבסס על נתונים ניסיוניים על קרינת גוף שחור, פלאנק חישב את ערכו של קבוע בולצמן, ובאמצעות מידע ידוע אחר, השיג את מספר האבוגדרו (מספר האטומים בשומה אחת של יסוד). בהתבסס על מספר אבוגדרו, פלאנק הצליח למצוא את המטען החשמלי של האלקטרון בדיוק הגבוה ביותר.

מהנוסחה של פלאנק, בצורה של מקרים מיוחדים, ניתן היה לקבל גם את חוק וינה וגם את היחס סטפן-בולצמן, המראה שאנרגיית הקרינה הכוללת של גוף פרופורציונלית לטמפרטורה המוחלטת שלו בחזקת הרביעית.

הפיזיקאים נשמו לרווחה: "האסון האולטרה סגול" הסתיים בצורה טובה למדי.

פלאנק בשום אופן לא היה מהפכן, ולא הוא ולא פיזיקאים אחרים היו מודעים למשמעות העמוקה של המושג "קוונטי". עבור פלאנק, הקוואנטים היה רק אמצעי לגזור נוסחה שנתנה הסכמה מספקת עם עקומת הקרינה של הגוף השחור. הוא ניסה שוב ושוב להגיע להסכמה במסגרת המסורת הקלאסית, אך ללא הצלחה.

כך תיאר פלאנק את הספקות שייסרו אותו: "...או שקוונטום הפעולה היה כמות פיקטיבית - אז כל הגזירה של חוק הקרינה הייתה אשליה ביסודה והייתה פשוט משחק של נוסחאות נטולות תוכן, או שה גזירת החוק הזה התבססה על המחשבה הפיזית הנכונה - אז קוואנטום הפעולה היה אמור למלא תפקיד מהותי בפיזיקה, ואז הופעתו בישרה משהו חדש לחלוטין, שלא היה ידוע עד כה, שנראה היה שדורש שינוי של היסודות של החשיבה הפיזית שלנו..."

במקביל, הוא ציין בהנאה את ההצלחות הראשונות של תורת הקוונטים, שבאו אחריו כמעט מיד.

עמדתה של תורת הקוונטים התחזקה בשנת 1905, כאשר אלברט איינשטיין השתמש במושג של פוטון - קוונטי של קרינה אלקטרומגנטית. איינשטיין הציע שלאור יש אופי כפול: הוא יכול להתנהג הן כגל והן כחלקיק. בשנת 1907, איינשטיין חיזק עוד יותר את מעמדה של תורת הקוונטים על ידי שימוש במושג הקוונטים כדי להסביר את הפערים המסתוריים בין תחזיות תיאורטיות למדידות ניסיוניות של קיבולת החום הספציפית של גופים. אישור נוסף לכוח הפוטנציאלי של החידוש של פלאנק הגיע ב-1913 מ-Niels Bohr, שיישם את תורת הקוונטים על מבנה האטום.

מחבר: סאמין ד.ק.

אנו ממליצים על מאמרים מעניינים סעיף התגליות המדעיות החשובות ביותר:

▪ לחץ אוירה

▪ ביוספרה

▪ יסודות האנטומיה

ראה מאמרים אחרים סעיף התגליות המדעיות החשובות ביותר.

תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה.

<< חזרה

חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:

קיומו של כלל אנטרופיה להסתבכות קוונטית הוכח 09.05.2024

מכניקת הקוונטים ממשיכה להדהים אותנו עם התופעות המסתוריות והתגליות הבלתי צפויות שלה. לאחרונה הציגו ברטוס רגולה ממרכז RIKEN למחשוב קוונטי ולודוביקו לאמי מאוניברסיטת אמסטרדם תגלית חדשה הנוגעת להסתבכות קוונטית והקשר שלה לאנטרופיה. להסתבכות קוונטית יש תפקיד חשוב במדע ובטכנולוגיה של מידע קוונטי מודרני. עם זאת, מורכבות המבנה שלו הופכת את ההבנה והניהול שלו למאתגרים. התגלית של רגולוס ולמי מראה שההסתבכות הקוונטית פועלת לפי כלל אנטרופיה דומה לזה של מערכות קלאסיות. תגלית זו פותחת נקודות מבט חדשות בתחום מדע וטכנולוגיה של מידע קוונטי, ומעמיקה את הבנתנו את ההסתבכות הקוונטית והקשר שלה לתרמודינמיקה. תוצאות המחקר מצביעות על אפשרות הפיכה של טרנספורמציות של הסתבכות, מה שיכול לפשט מאוד את השימוש בהן בטכנולוגיות קוונטיות שונות. פתיחת כלל חדש ... >>

מזגן מיני Sony Reon Pocket 5 09.05.2024

הקיץ הוא זמן להירגעות ולנסיעות, אבל לעתים קרובות החום יכול להפוך את הזמן הזה לייסורים בלתי נסבלים. הכירו מוצר חדש מבית סוני - מזגן המיני Reon Pocket 5, המבטיח להפוך את הקיץ לנוח יותר עבור המשתמשים בו. סוני הציגה מכשיר ייחודי - המיני-מרכך Reon Pocket 5, המספק קירור הגוף בימים חמים. בעזרתו, המשתמשים יכולים ליהנות מקרירות בכל זמן ובכל מקום פשוט על ידי לענוד אותו על צווארם. מזגן מיני זה מצויד בהתאמה אוטומטית של מצבי פעולה, כמו גם בחיישני טמפרטורה ולחות. הודות לטכנולוגיות חדשניות, Reon Pocket 5 מתאים את פעולתו בהתאם לפעילות המשתמש ולתנאי הסביבה. משתמשים יכולים להתאים בקלות את הטמפרטורה באמצעות אפליקציה ייעודית לנייד המחוברת באמצעות Bluetooth. בנוסף, זמינים לנוחות חולצות טי ומכנסיים קצרים בעיצוב מיוחד, אליהם ניתן לחבר מזגן מיני. המכשיר יכול הו ... >>

אנרגיה מהחלל עבור ספינת הכוכבים 08.05.2024

ייצור אנרגיה סולארית בחלל הופך לאפשרי יותר עם כניסתן של טכנולוגיות חדשות ופיתוח תוכניות חלל. ראש הסטארט-אפ Virtus Solis שיתף את החזון שלו להשתמש בספינת הכוכבים של SpaceX כדי ליצור תחנות כוח מסלוליות המסוגלות להניע את כדור הארץ. הסטארט-אפ Virtus Solis חשף פרויקט שאפתני ליצירת תחנות כוח מסלוליות באמצעות ספינת הכוכבים של SpaceX. רעיון זה עשוי לשנות באופן משמעותי את תחום הפקת האנרגיה הסולארית, ולהפוך אותו לנגיש וזול יותר. ליבת התוכנית של הסטארט-אפ היא להפחית את עלות שיגור לוויינים לחלל באמצעות Starship. פריצת דרך טכנולוגית זו צפויה להפוך את ייצור אנרגיה סולארית בחלל לתחרותי יותר עם מקורות אנרגיה מסורתיים. Virtual Solis מתכננת לבנות פאנלים פוטו-וולטאיים גדולים במסלול, באמצעות Starship כדי לספק את הציוד הדרוש. עם זאת, אחד האתגרים המרכזיים ... >>

חדשות אקראיות מהארכיון

בבטן כדור הארץ, הליום יעזור לשמור על ברזל וחמצן 28.12.2018

צוות מדענים בינלאומי ערך מחקר שהראה שלאחר המפץ הגדול נוצר הרבה הליום במעיים של הפלנטה שלנו. אלמנט זה הוא שעוזר לשמור על ברזל וחמצן.

חוקרים מסין ומארצות הברית, לאחר שביצעו ניסויים בשטח, עיצבו מודל ממוחשב של כוכב הלכת שלנו, שהראה כי ברזל וחמצן נשמרים בבטן כדור הארץ בעזרת הליום ראשוני.

מומחים קבעו זה מכבר שהליום הוא היסוד הכימי השני הפופולרי ביותר אחרי מימן, ויש משקעים גדולים שלו בבטן כדור הארץ. עד היום הוכח שהוא מאוחסן בקליפת העץ בצורה של תרכובת FeO2He, המסוגלת להגיב עם תחמוצת ברזל. אינטראקציה זו מובילה להיווצרות תרכובת שיכולה להישאר יציבה גם בחימום לטמפרטורה של ארבעת אלפים מעלות צלזיוס ונשמרת בלחץ של 135-300 ג'יגה-פסקל.

ההנחה היא שהליום נמצא בגבול בין מעטפת כדור הארץ לליבה שלו. החוקרים הגיעו למסקנה זו לאחר ביצוע הדמיות ממוחשבות באמצעות אלגוריתם CALYPSO. תרכובת זו טרם הושגה במעבדה, אך מדענים הצליחו לסנתז את האנלוג שלה.

עוד חדשות מעניינות:

▪ רכבות רכבת תחתית רובוטיות של לונדון

▪ מוזיקת גוף

▪ מראות חדשות עם פונקציית הקלטת וידאו מבית Neoline

▪ מודול LED אינפרא אדום של Lextar PR88

▪ פגיעה בקשרים

עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה

חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית:

▪ מדור האתר כלי חשמלאי. בחירת מאמרים

▪ מאמר פעולות המורה במקרה של תאונות, אסונות ואסונות טבע. יסודות חיים בטוחים

▪ מאמר איזה כלב הוא הגדול והחזק? תשובה מפורטת

▪ מאמר עבודה עם חומר ריח. הוראה סטנדרטית בנושא הגנת העבודה

▪ מאמר הפחתת החימום של חלקי מסננים במעגלי הספק של המעבד. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

▪ מאמר דגי נייר. ניסוי פיזי

השאר את תגובתך למאמר זה:

כל השפות של דף זה

בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר