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Teoria del Corpo Nero - Max Planck - Coggle Diagram
Teoria del Corpo Nero - Max Planck
1. Definizione di corpo nero
Corpo nero
: Oggetto ideale che assorbe completamente tutte le radiazioni elettromagnetiche senza rifletterle o trasmetterle.
Radiazione del corpo nero
: Energia emessa dal corpo nero in funzione della temperatura.
2. Problema della radiazione del corpo nero
Catastrofe ultravioletta
:
Previsioni della fisica classica (legge di Rayleigh-Jeans) prevedevano una divergenza infinita nell'ultravioletto per la radiazione emessa.
Discrepanza tra i risultati teorici e quelli sperimentali a frequenze elevate.
3. La soluzione di Max Planck (1900)
Ipotesi di quantizzazione dell'energia
:
L'energia non è emessa o assorbita in modo continuo, ma in
quanti
discreti.
L'energia di ogni quanto è proporzionale alla frequenza della radiazione: ( E = h \nu ), dove:
( h ) è la
costante di Planck
: ( 6.626 \times 10^{-34} \, \text{Js} )
( \nu ) è la frequenza della radiazione.
4. Legge di Planck
Legge della radiazione di Planck
:
Descrive la distribuzione spettrale dell'energia emessa da un corpo nero in funzione della frequenza e della temperatura.
Equazione
:
[
I(\nu, T) = \frac{8 \pi h \nu^3}{c^3} \frac{1}{e^{\frac{h \nu}{k_B T}} - 1}
]
( I(\nu, T) ): Intensità della radiazione emessa alla frequenza ( \nu ) e temperatura ( T )
( c ): velocità della luce
( k_B ): costante di Boltzmann
5. Implicazioni della teoria quantistica di Planck
Rivoluzione della fisica
:
Introduzione del concetto di energia quantizzata, in netto contrasto con la fisica classica.
Origine della fisica quantistica
:
La teoria di Planck aprì la strada allo sviluppo della meccanica quantistica.
Applicazioni
:
Spiegazione dell'effetto fotoelettrico (Einstein, 1905)
Comprensione dei livelli energetici negli atomi (modello atomico di Bohr).
6. Esperimenti e conferme
Verifica sperimentale
: La legge di Planck si accorda perfettamente con i dati sperimentali, risolvendo la discrepanza che aveva portato alla catastrofe ultravioletta.
Radiazione cosmica di fondo
: L'applicazione della legge di Planck nella cosmologia per descrivere la radiazione del big bang.
7. Costante di Planck
Valore
: ( h = 6.626 \times 10^{-34} \, \text{Js} )
Ruolo fondamentale
nella meccanica quantistica, presente in molte equazioni chiave (es. equazione di Schrödinger).
8. Conclusione
La teoria di Planck fu il primo passo verso la rottura con la fisica classica e la nascita della meccanica quantistica, introducendo il concetto rivoluzionario di quanti di energia.