constante de Planck
La constante de Planck , o constante de Planck , es una constante física fundamental denotada , y es de fundamental importancia en la mecánica cuántica . La energía de un fotón es igual a su frecuencia multiplicada por la constante de Planck. Debido a la equivalencia masa-energía , la constante de Planck también relaciona la masa con la frecuencia.
En metrología se utiliza, junto con otras constantes, para definir el kilogramo , una unidad SI . [1] Las unidades SI se definen de tal forma que, cuando la constante de Planck se expresa en unidades SI, tiene el valor exacto =6,626 070 15 × 10 −34 J⋅Hz −1 . [2] [3]
A fines del siglo XIX, existían mediciones precisas del espectro de radiación del cuerpo negro, pero la distribución de esas mediciones a frecuencias más altas divergía significativamente de lo que predijeron las teorías existentes en ese momento. En 1900, Max Planck derivó empíricamente una fórmula para el espectro observado. Asumió que un hipotético oscilador cargado eléctricamente en una cavidad que contenía radiación de cuerpo negro solo podía cambiar su energía en un incremento mínimo, que era proporcional a la frecuencia de su onda electromagnética asociada . [4] Fue capaz de calcular la constante de proporcionalidadde las medidas experimentales, y esa constante se nombra en su honor. En 1905, Albert Einstein determinó un "cuántico" o elemento mínimo de la energía de la propia onda electromagnética. El cuanto de luz se comportó en algunos aspectos como una partícula eléctricamente neutra, y finalmente se denominó fotón . Max Planck recibió el Premio Nobel de Física de 1918 "en reconocimiento a los servicios que prestó al avance de la Física por su descubrimiento de los cuantos de energía".
La constante de Planck se formuló como parte del exitoso esfuerzo de Max Planck para producir una expresión matemática que predijera con precisión la distribución espectral observada de la radiación térmica de un horno cerrado ( radiación de cuerpo negro ). [8] Esta expresión matemática ahora se conoce como la ley de Planck.
En los últimos años del siglo XIX, Max Planck investigaba el problema de la radiación del cuerpo negro planteado por primera vez por Kirchhoff unos 40 años antes. Todo cuerpo físico emite espontánea y continuamente radiación electromagnética . No hubo expresión o explicación para la forma general del espectro de emisión observado. En ese momento, la ley de Wien ajustaba los datos para longitudes de onda cortas y temperaturas altas, pero fallaba para longitudes de onda largas. [8] : 141 También por esta época, pero sin que Planck lo supiera, Lord Rayleigh había derivado teóricamente una fórmula, ahora conocida como la ley de Rayleigh-Jeans., que podía predecir razonablemente longitudes de onda largas pero fallaba dramáticamente en longitudes de onda cortas.
Al abordar este problema, Planck planteó la hipótesis de que las ecuaciones de movimiento de la luz describen un conjunto de osciladores armónicos , uno para cada frecuencia posible. Examinó cómo la entropía de los osciladores variaba con la temperatura del cuerpo, tratando de igualar la ley de Wien, y pudo derivar una función matemática aproximada para el espectro del cuerpo negro, [4] que dio una fórmula empírica simple para longitudes de onda largas . .
