Развитие квантовой теории теплоемкости Альбертом Эйнштейном

По просьбе нашего читателя постараемся описанную тему от 14:34 | 16.07.2017 раскрыть ещё глубже, сегодня рассмотрим Развитие квантовой теории теплоемкости Альбертом Эйнштейном. Не будем разливать воду, а преступим рассмотрению этого вопроса.

Основное положение

Открытие теории о радиоактивных превращениях и формирование представлений относительно огромных запасов внутриатомной энергии стало одним из значимых моментов революционных аспектов в физике. Столь же значимым в свое время стало появление теории относительности Эйнштейна, новых версий о времени, массе, пространстве, а также о взаимосвязи массы и энергии.

Менее заметными оказались идеи Планка относительно квантов энергии. Сам создатель данной теории, несмотря на применение своей формулы в определении атомных констант, не слишком верил в эффективность квантов, полагая, что их получится каким-то образом ввести в сферу представлений об электромагнитной световой теории.

Впервые обратил свое пристальное внимание на квантовую идею и впоследствии развил ее физик Альберт Эйнштейн. Своими соображениями он поделился в опубликованной в 1905 году статье «Об одной эвристической точке зрения относительно возникновения и превращения света», в которой с самого начала акцентировал внимание на противоположности представлений физики касательно структуры материи и света.

При этом он ориентируется на примеры из теории Максвелла, согласно которым, во всех электромагнитных и световых явлениях энергию нужно будет считать непрерывно распределенной в пространстве величиной, в то время как энергия весомого тела, если опираться на современные представления в физике, складывается из энергий электронов и атомов.

В свою очередь, энергию весомого тела невозможно раздробить на сколько угодно большое количество произвольно малых частей, в то время, как энергия выпущенного точечным источником светового пучка, согласно волновой теории света, непрерывным образом распределяется по все возрастающему показателю объема.

Однако Эйнштейн допустил предположение о том, что:

• оперирующая непрерывными пространственными функциями теория света приведет к явным противоречиям с результатами ее практического применения в отношении явлений возникновения и превращений света;
• явления, подобные «черному излучению», фотолюминесценции, фотоэффектам и прочим, связанным с появлением и превращением света, значительно лучше объясняются допущением версии о распределении световой энергии по пространству дискретным способом.

Согласно данному предположению, энергия вышедшего из каждой точки светового пучка не распределяется во всевозрастающих объемах непрерывно, а складывается из конечных чисел неделимых квантов энергии, локализованных в пространстве и поглощаемых полностью.

Таким образом, Эйнштейн вернулся в своих выводах к Ньютоновским представлениям касательно неделимых световых частиц, появляющихся либо возникающих только в полном составе. Однако такое возвращение производилось на совершенно новом, более высоком уровне, в то время, когда оптика уже прочно согласилась с волновыми представлениями и не собиралась, да, собственно, и не могла от них отказываться. Эйнштейн основал новый виток спирали в теории света, начиная с детального рассмотрения одной сложности в теории излучения относительно черного тела.

Данное соотношение, утверждал Эйнштейн, выявленное при динамическом равновесии, не только начинает противоречить опыту, но и является прямым доказательством отсутствия в нашей картине какого-либо однозначного распределения энергии между веществом и эфиром». Суммарная энергия излучения в действительности оказывается бесконечной.

К аналогичным выводам в 1905 г. Пришли, независимо друг от друга, Джине и Рэлей. Статистика в своей классической версии приводит к закону излучения, который становится резко противоположным практическому опыту. Данная сложность получила название «ультрафиолетовой катастрофы».

К идее существования квантов Эйнштейн пришел, благодаря закону Вина, справедливому в отношении коротких волн. На тот момент он заявлял об уверенном противостоянии теории излучения Планка его работам. Однако после более детального анализа закона Планка, он пришел к выводам о базировании формулы Планка на гипотезе квантов.

Эйнштейн заметил впервые кванты именно в той зоне, где квантовая природа света является выраженной особенно четко. Речь идет о явлении фотоэффекта. Для него квантовый характер излучения был очевидным только в коротковолновой спектральной области (в области применения закона Вина). Капризность исторического развития науки проявилась в том, что кванты возникли в физике именно там, где их было труднее всего заметить, то есть - в законе черного излучения. Эйнштейн предпочел естественный путь к квантовой теории, сразу осознав важность ввода квантовых представлений в теорию света.

В 1907 г. Эйнштейн решил применить идею квантов к теории теплоемкости. Так, он предложил версию о квантовой теории колебательной теплоемкости тела и ее зависимости от изменения температур. Согласно квантовым правилам отбора, в момент возбуждения допускаются переходы исключительно между энергетическими соседствующими уровнями. Иными словами, данный гармонический осциллятор в состоянии излучать или поглощать энергию, равнозначную одному кванту. Согласно предположению Эйнштейна, кристалл является полностью состоящим из колеблющихся с одинаковой частотой осцилляторов.

Квантовая теория касательно колебательной теплоемкости тела удовлетворяет закону физиков Дюлонга и Пти только в условиях комнатной температуры, но в случае приближения к абсолютному нулю уровень теплоемкости начинает падать. Подобные выводы были экспериментально подтверждены работами Нернста и его учениками, по итогам которых он вывел свой тепловой закон, названный «Третьим началом термодинамики».

Таким образом, детальное рассмотрение модели Эйнштейна способствовало правильному качественному объяснению его квантовой теории теплоёмкости., однако при этом обнаружилось присутствие количественных несовпадений. Количественные расхождения обусловлены фактом присутствия независимых колебаний атомов только в газе, а вот в твёрдом теле подобные допущения считаются достаточно грубым упрощением.

По этой причине подобные рассуждения Эйнштейна позволяют допускать очень хорошие количественные и качественные совпадения для газов, при этом в отношении твердых тел на практике получается большая погрешность.

Определение 1

Заключение

Конечно можно много говорить по теме Развитие квантовой теории теплоемкости Альбертом Эйнштейном, но основную суть мы изложили по этому вопросу. Если вам нужно дополнительная консультация, пожалуйста пишите ваши сообщения нам на почту. Все поступившие вопросы рассматриваются и не остаются без ответа.