مفالاتنا

ما هو ثابت بلانك ؟ وما هي أهم تطبيقاته

ثابت بلانك

بعدما تطرقنا فيما سبق للعالم النانومتري وأبعاده المتناهية في الصغر. من خلال مقال تكنولوجيا النانو وأهم تطبيقاتها.  وتعرفنا لمدى دقتها، وبلوغها حدود التصرف الذري.

 اليوم جئنا لنواصل لأبعد من ذلك. لا تندهش ولا تقلق !! الأمر نظري فقط ولا يمكن بلوغه.

ثالبت بلانك، وهو أصغر وحدة أو قيمة يمكن لأي طاقة أو شيئ بلوغها. توصل اليه العالم بلانك في إطار دراساته المتعلقة بفزياء الكون. و يقاس مقدار بلانك هذا في مختلف المقادير الفيزيائية الأخرى. 

في مقالنا التالي سنحاول الشرح أكثر حول هذا الثابت و لما كونه أقصى ما يمكن الوصول اليه ؟.

اكتشاف ثابت بلانك 

يعتبر ثابت بلانك جزءًا مهمًا جدًا من الفيزياء الحديثة، ولكنه أيضًا محير للغاية. ففي أواخر القرن التاسع عشر، كانت الفيزياء تواجه أزمة. حين كان الفيزيائيون يحاولون نمذجة الاهتزازات الذرية، لكنهم ظلوا يخطئون في فهمها. حيث قالت جميع الفيزياء التي عرفوها في تلك المرحلة أنه يجب أن يبدو الأمر بطريقة معينة، لكن الواقع بدا مختلفًا تمامًا ولم يعرف أحد السبب. 

سيتم حل المشكلة بواسطة رجل يدعى "ماكس بلانك". فلما افترض الفيزيائيون السابقون أن الاهتزازات الذرية مستمرة. أي أنها يمكن أن تهتز بأي تردد.  قرر بلانك أن يفترض أن الذرات يمكن أن تهتز فقط عند ترددات معينة.

هذه الترددات كانت عبارة عن مضاعفات عدد صحيح لبعض الترددات الأساسية، والتي أطلق عليها اسم h. بمعنى آخر، يمكن للذرات أن تهتز عند التردد h، أو 2h، أو 3h، لكن ليس 2.5h. بدا هذا الافتراض في البداية غريبًا حقًا، لكنه نجح. واتضح أن الذرات (والكثير من الأشياء الأخرى) يمكنها فقط أن تأخذ قيمًا محددة معينة. ونصطلح على ذلك في الفيزياء بقول أن الاهتزازات الذرية مكمَّمة. 

سيؤدي اكتشاف بلانك هذا إلى إطلاق موجة من الأبحاث في مجال جديد من الفيزياء يعرف بـ "ميكانيكا الكم". وأصبح حرف h هو الرمز الرياضي لهذا الثابت. ليتم في النهاية اطلاق تسمية ثابت بلانك نسبة لمكتشفه "ماكس بلانك"، وهو يلخص حرفياً "الكم" في "ميكانيكا الكم".

ثابت بلانك 

بشكل مبسط أكثر، يرتكز هذا الكون على عاملين أساسين "الذرة و الطاقة". تنص قوانين الفيزياء على أنه كلما زادت سرعة الجسيم زادت طاقته. أي تزيد طاقته الحركية (انتقال الالكترونات الى مستويات الطاقة). لكن عند عودة هذه الإلكترونات الى حالتها الطبيعية. ينتج عن ذلك طاقة تتمثل في فوتونات.

بمعنى آخر، لكي ينتقل الالكترون عبر هذه المستويات الطاقية، سيحتاج دوماً الى طاقة أكبر كلما علاً مستوى الطاقة، مع ملاحظة ان عدد الالكترونات التي ستصعد الى المستوى الطاقي الأعلى سيقل مقارنة بالمستويات الطاقية الأقل.

الفوتونات الناتجة عن هذه التدرجات التصاعدية و التنازلية، تعرف بالإشعاعات وكل اشعاع له طول موجي معين منه المرئي و الغير المرئي، وهكذا نستطيع تحديد نوعية وماهية الأجسام انطلاقا من اشعاعاتها الصادرة.

يتم استخدام هذه العمليات في الفضاء لاكتشاف ماهية الأجسام وتحديد نوعيتها، من كواكب ونجوم وأجرام...

إذا ماهو ثابت بلانك بالضبط ؟

هو مقدار متناهي في الصغر يدرس الظواهر والتفاعلات التي تتم من خلال المادة وتركيباتها المصغرة جداً كالالكترونات والبروتونات. يرمز له بالرمز h ويمثل "أصغر مقدار للطاقة" في العالم الكمومي أو المتناهي في الصغر. أين تختلف سلوكيات المواد بالمقارنة مع عالم ونظريات آنشتاين المتعلقة بالكون والمجرات.

هذا الاختلاف والفرق يكمن في ان الطاقة في النمط الكمومي تنتقل بالدرجات وليس بشكل متواصل. وبالتالي فان طاقة الفوتونات E تحسب في هذا الوضع عبر القانون E=nhv حيث يمثل v التردد، وقيمة الـ n  تكون من 1،2،3... أي مقدار الطاقة يساوي الدرجة في الثابت في التردد.

تطبق هذه القوانين في العالم الكمومي على المواد الدون الذرية وتقدر قيمة ثابت بلانك

بــ: m2 kg/s  6.62607004 × 10^-34

بعض التطبيقات لثابت بلانك

تُستخدم قيمة ثابت بلانك في العديد من التطبيقات بما في ذلك معادلة بلانك. على سبيل المثال، تُعطى الطاقة المرتبطة بالفوتون من خلال ناتج ثابت بلانك (h) وتردده.

ثابت بلانك هو جزء لا يتجزأ من بعض الصيغ الثورية. القائمة أدناه تعطي نظرة سريعة حولها:

  • في إشعاع الجسم الأسود ، يُعطى الإشعاع الطيفي للجسم من خلال:
  • في التأثير الكهروضوئي ، تُعطى علاقة بلانك أينشتاين الشهيرة:

  • في التركيب الذري ، تعطى طاقة المدار التاسع من خلال:

  • في مبدأ عدم اليقين ، يتم إعطاء العلاقة بين الموضع والزخم من خلال:
  • يتم التعبير عن معادلة موجة المادة المعبر عنها من خلال الطول الموجي لـ de Broglie بواسطة:



المصدر

1     2   

تعليقات
ليست هناك تعليقات
إرسال تعليق