Міністерство науки, молоді та спорту України
Реферат на тему:
Макс Планк
Підготував
Студент IV курсу
Факультету природничої та
фізико-математичної освіти
Шматко Денис
Глухів 2013
Зміст
Біографія………………………………………………….2
Роботи Макса планка…………………………………….8
3.Список використаної літератури……………………… 12
1.Біографія
Німецький фізик Макс Карл Ернст Людвіг Планк народився в 1858 році в м. Кілі (тоді Пруссія), в сім'ї професора цивільного права Йоганна Юліуса Вільгельма фон Планка, професора цивільного права, і Емми (в дівоцтві Патциг) Планк. У дитинстві хлопчик вчився грати на фортепіано й органі,виявляючи неабиякі музичні здібності. У 1867 р. сім'я переїхалав Мюнхен, і там Планк вступив до Королівської Максіміліановскую класичнугімназію, де чудовий викладач математики вперше збудив в ньомуінтерес до природничих і точних наук. Після закінчення гімназії в 1874 роцівін збирався було вивчати класичну філологію, пробував свої сили вмузичної композиції, але потім віддав перевагу фізиці.
Протягом трьох років Планк вивчав математику і фізику в Мюнхенському і рік --в Берлінському університетах. Один з його професорів у Мюнхені, фізик -експериментатор Філіп фон Жоллі, виявився поганим пророком, колипорадив молодому Планку обрати іншу професію, тому що, на йогословами, у фізиці не залишилося нічого принципово нового, що можна було бвідкрити. Ця точка зору, широко поширена в той час, виникла підвпливом надзвичайних успіхів, яких вчені в XIX ст. досягли впримноженні наших знань про фізичні та хімічні процеси. Під час перебуваннясвою в Берліні Планк набув більш широкий погляд на фізику завдякипублікаціям видатних фізиків: Германа фон Гельмгольца і Густава Кірхгофа,а також статтями Рудольфа Клаузіуса. Знайомство з їх працями сприялотому, що наукові інтереси Планка надовго зосереджувалися натермодинаміки - області фізики, у якій на основі невеликого числафундаментальних законів вивчаються явища теплоти, механічної енергії іперетворення енергії.
Вчений ступінь доктора Макс Планк отримав в 1879 р., захистивши в Мюнхенському університеті дисертацію про другого початку термодинаміки,стверджуючому, що ні один безперервний самопідтримуючий процес не можепереносити тепло від більш холодного тіла до більш теплого.
На наступний рік Планк написав ще одну роботу з термодинаміки, якапринесла йому посаду молодшого асистента фізичного факультету Мюнхенського університету. У 1885 р. він став ад'юнкт-професором Кільському університету, що зміцнило його незалежність, зміцнилофінансове становище і надало більше часу для науковихдосліджень.
Роботи Планка з термодинаміки та її додатків до фізичної хімії таелектрохімії здобули йому міжнародне визнання. У 1888 р. він ставад'юнкт-професором Берлінського університету і директором Інститутутеоретичної фізики (пост директора був створений спеціально для нього). Повним (дійсним) професором він став у 1892 році.
З 1896 р. Макс Планк зацікавився вимірювання, робити в Державному фізико-технічному інституті в Берліні, а також проблемамитеплового випромінювання тел. Будь-яке тіло, що містить тепло, випускаєелектромагнітне випромінювання. Якщо тіло досить гаряче, то це випромінюваннястає видимим. При підвищенні температури тіло спочатку розжарюєтьсядо червоного, потім стає оранжево-жовтим і, нарешті, білим. Випромінюваннявипускає суміш частот (у видимому діапазоні частота випромінювання відповідаєкольору). Однак випромінювання тіла залежить не тільки від температури, але і додеякій мірі від таких характеристик поверхні, як колір і структура. В якості ідеального еталона для вимірювання і теоретичних дослідженьфізики взяли уявна абсолютне чорне тіло. За визначенням,абсолютно чорним називається тіло, що поглинає все падаюче на ньоговипромінювання і нічого не відображає. Випромінювання, що випускається абсолютно чорнимтілом, залежить тільки від його температури. Хоча такого ідеального тіла неіснує, таким собі наближенням до нього може служити замкнута оболонка зневеликим отвором (наприклад, належним чином сконструйована піч,стінки та вміст якої знаходяться в рівновазі при одній і тій жетемпературі). Один із доказів чернотельних характеристик такийоболонки зводиться до наступного. Випромінювання, падаюча на отвір, потрапляєв порожнину і, відбиваючись від стінок, частково відбивається і частковопоглинається. Оскільки ймовірність того, що випромінювання в результатічисленних відображень вийде через отвір назовні, дуже мала, вонопрактично повністю поглинається. Випромінювання, що бере початок в порожнині іщо виходить з отвору, прийнято вважати еквівалентним випромінювання,випускається майданчиком розміром з отвір на поверхні абсолютночорного тіла при температурі порожнини і оболонки. Готуючи власнідослідження, Планк прочитав роботу Кірхгофа про властивості такої оболонки зотвором. Точне кількісний опис спостережуваного розподілуенергії випромінювання в цьому випадку отримало назву проблеми чорного тіла.
Як показали експерименти з чорним тілом, графік залежності енергії (яскравості) від частоти або довжини хвилі є характеристичної кривої. При низьких частотах (великих довжинах хвиль) вона притискається до осі частот,потім на деякій проміжній частоті досягає максимуму (пік зокруглої вершиною), а потім при більш високих частотах (коротких довжинаххвиль) спадає. При підвищенні температури крива зберігає свою форму, алезсувається в бік більш високих частот. Були встановлені емпіричніспіввідношення між температурою і частотою піку на кривій випромінювання чорноготіла (закон зміщення Віна, названий так на честь Вільгельма Вина) та міжтемпературою і всієї випромінювань енергією (закон Стефана - Больцмана,названий так на честь австрійських фізиків Йозефа Стефана і Людвіга Больцмана), але нікому не вдавалося вивести криву випромінювання чорного тіла зосновних принципів, відомих в той час. Провину вдалося отриматинапівемпіричні формулу, яку можна підігнати так, що вона добреописує криву при високих частотах, але невірно передає її хід принизьких частотах. Джордж У. Стретт (лорд Релей) і англійський фізик Джеймс Джинс застосували принцип рівного розподілу енергії за частотами коливаньосциляторів, укладених в просторі чорного тіла, і прийшли до іншоїформулі (формулою Релея - Джинса). Вона добре відтворювала кривувипромінювання чорного тіла при низьких частотах, але розходилася з нею на високихчастотах.
Макс Планк під впливом теорії електромагнітної природи світла Джеймса Клерка Максвелла (опублікованій в 1873 р. і підтвердженоїекспериментально Генріхом Герцем в 1887 р.) підійшов до проблеми чорного тілаз точки зору розподілу енергії між елементарними електричнимиосциляторами, фізична форма яких ніяк не конкретизується. Хоча наперший погляд може здатися, що обраний ним метод нагадує висновок Релея - Джинса, Планк відкинув деякі з прийнятих цими вченими припущень. У 1900 р., після тривалих і наполегливих спроб створити теорію,яка задовільно пояснювала б експериментальні дані, Планкувдалося вивести формулу, яка, як виявили фізики-експериментаториз Державного фізико-технічного інституту, узгоджувалася зрезультатами вимірювань з чудовою точністю. Закони Вина та Стефана Больцмана також слідували з формули Планка. Однак для виведення своєїформули йому довелося ввести радикальне поняття, що йде врозріз з усімавстановленими принципами. Енергія планковской осциляторів змінюється небезперервно, як слід було б з традиційної фізики, а може прийматитільки дискретні значення, що збільшуються (або зменшуються) кінцевимикроками. Кожен крок по енергії дорівнює деякої постійної (званої ниніпостійної Планка), помноженої на частоту. Дискретні порції енергіїзгодом отримали назву квантів. Введена Планком гіпотезаознаменувала народження квантової теорії, яка здійснила справжню революцію вфізики. Класична фізика в протилежність сучасної фізики ниніозначає «фізика до Планка».
Макс Планк аж ніяк не був революціонером, і ні він сам, ні інші фізикине усвідомлювали глибокого значення поняття «квант». Для Планка квант був всьоголише засобом, що дозволив вивести формулу, яка дає задовільнийзгоду з кривою випромінювання абсолютно чорного тіла. Він неодноразовонамагався досягти згоди в рамках класичної традиції, але безуспішно. Разом з тим він із задоволенням відзначив перші успіхи квантової теорії,пішли майже негайно. Його нова теорія містила в собі,крім постійної Планка, і інші фундаментальні величини, такі, якшвидкість світла і число, відоме під назвою постійної Больцмана. У 1901 р., спираючись на експериментальні дані по випромінюванню чорного тіла, Планк обчислив значення постійної Больцмана і, використовуючи іншу відомуінформацію, отримав число Авогадро (число атомів в одному молі елементу). Виходячи з числа Авогадро, Планк зумів з чудовою точністю знайтиелектричний заряд електрона.
Позиції квантової теорії зміцнилися в 1905 р., коли Альберт Ейнштейнскористався поняттям фотона - кванта електромагнітного випромінювання - дляпояснення фотоелектричного ефекту (випускання електронів поверхнеюметалу, освітлюваної ультрафіолетовим випромінюванням). Ейнштейн припустив,що світло має двоїстої природою: він може вести себе і як хвиля (вчому нас переконує вся попередня фізика), і як частка (про щосвідчить фотоелектричний ефект). У 1907 р. Ейнштейн ще більшезміцнив положення квантової теорії, скориставшись поняттям кванта дляпояснення загадкових розбіжностей між прогнозами теорії таекспериментальними вимірами питомої теплоємності тіл - кількостітепла, необхідного для того, щоб підняти на один градус температуруоднієї одиниці маси твердого тіла. Ще одне підтвердження потенційноїмощі введеної Планком новації надійшло в 1913 від Нільса Бора,застосував квантову теорію до будови атома. У моделі Бора електрони ватомі могли перебувати тільки на певних енергетичних рівнях,визначаються квантовими обмеженнями. Перехід електронів з одного рівняна інший супроводжується виділенням різниці енергій у вигляді фотонавипромінювання з частотою, що дорівнює енергії фотона, діленої на постійну Планка. Тим самим отримували квантове пояснення характеристичні спектривипромінювання, що випускається порушеними атомами.
У 1919 р. Макс Планк був удостоєний Нобелівської премії з фізики за 1918рік «на знак визнання його заслуг у справі розвитку фізики завдяки відкриттюквантів енергії ». Як заявив А. Г. Екстранд, член Шведської королівськоїакадемії наук, на церемонії вручення премії, «теорія випромінювання Планка --найяскравіша з дороговказних зірок сучасного фізичного дослідження, іпройде, наскільки можна судити, ще чимало часу, перш ніж вичерпаютьсяскарби, які були здобуті його генієм ». У Нобелівської лекції,прочитаної в 1920 р., Планк підбив підсумок своєї роботи і визнав, що «Введення кванта ще не призвело до створення справжньої квантової теорії».
20-і роки стали свідками розвитку Ервін Шредінгер, Вернером Гейзенбергом, П.А.М. Діраком та іншими квантової механіки - оснащеноїскладним математичним апаратом квантової теорії. Планку прийшлася не додуші нова ймовірна інтерпретація квантової механіки, і, подібно Ейнштейна, він намагався примирити прогнози, засновані тільки на принципіймовірно, з класичними ідеями причинності. Його сподіванням не судилосябуло збутися: імовірнісний підхід встояв. Вклад Планка в сучаснуфізику не вичерпується відкриттям кванта і постійною, що носить нині йогоім'я. Сильне враження на нього справила спеціальна теоріявідносності Ейнштейна, опублікована в 1905 р. Повна підтримка,надана Планком нової теорії, значною мірою сприяла прийняттюспеціальної теорії відносності фізиками. До числа інших його досягненьвідноситься запропонований ним висновок рівняння Фоккера - Планка, що описуєповедінка системи частинок під дією невеликих випадкових імпульсів (Адріан Фоккер - нідерландський фізик, удосконалив метод, впершевикористаний Ейнштейном для опису броунівського руху - хаотичногозигзагоподібного руху найдрібніших частинок, завислих в рідині).
У 1928 р. у віці сімдесяти років Макс Планк вийшов до обов'язковоїформальну відставку, але не втратив зв'язків з Товариством фундаментальних науккайзера Вільгельма, президентом якого він став в 1930 р. І на порозівосьмого десятиліття він продовжував дослідницьку діяльність.
Особисте життя Планка була відзначена трагедією. Його перша дружина, уроджена Марія Мерк, з якою він одружився в 1885 р. і яка народила йомудвох синів і двох дочок-близнят, померла в 1909 р. Двома роками пізнішевін одружився на своїй племінниці Марге фон Хесслін, від якої у нього такожнародився син. Старший син Планка загинув у першу світову війну, а внаступні роки обидві його дочки померли при пологах. Другий син від першогошлюбу був страчений в 1944 р. за участь у невдалій змові проти Гітлера.
Як людина сформованих поглядів і релігійних переконань, та й простояк справедлива людина, Планк після приходу в 1933 р. Гітлера до владипублічно виступав на захист єврейських учених, вигнаних зі своїх посад ізмушених емігрувати. На науковій конференції він вітав Ейнштейна, відданого анафемі нацистами. Коли Планк як президент Товариствафундаментальних наук кайзера Вільгельма наносив офіційний візит Гітлеру,він скористався цією нагодою, щоб спробувати припинити переслідуваннявчених-євреїв. У відповідь Гітлер вибухнув тирадою проти євреїв взагалі. УНадалі Планк став більш стриманим і зберігав мовчання, хоча нацисти,безсумнівно, знали про його погляди. Як патріот, який любить батьківщину, він мігтільки молитися про те, щоб германська нація знову знайшла нормальнужиття. Він продовжував служити в різних німецьких вчених товариства внадії зберегти хоч якусь дещицю німецької науки і освіти відповного знищення. Після того, як його будинок і особиста бібліотека загинули підчас повітряного нальоту на Берлін, Планк і його дружина намагалися знайти притулокв маєтку Рогец неподалік від Магдебурга, де опинилися між відступаючиминімецькими військами і наступаючими силами союзних військ. Зрештоюподружжя Планк були виявлені американськими частинами і доставлені вбезпечний тоді Геттінген.
Помер Макс Планк в Геттінгені 4 жовтня 1947, за шість місяців досвого 90-річчя. На його могильній плиті вибиті тільки ім'я та прізвище ічисельне значення постійної Планка.
Подібно Бору і Ейнштейна, Планк глибоко цікавився філософськимипроблемами, пов'язаними з причинністю, етикою і свободою волі, і виступавна ці теми у пресі і перед професійними і непрофесійнимиаудиторіями. Виконував обов'язки пастора (але не мав із священиківсану) в Берліні, Планк був глибоко переконаний в тому, що наука доповнюєрелігію і вчить правдивості та поважність.
Через все своє життя Планк проніс любов до музики, що спалахнула в ньому щев ранньому дитинстві. Чудовий піаніст, він часто грав камернітвори зі своїм другом Ейнштейном, поки той не покинув Німеччину. Планк був також захопленим альпіністом і майже кожен свою відпустку проводивв Альпах.
Крім Нобелівської премії, Макс Планк був удостоєний медалі Коплі Лондонського королівського товариства (1928) та премії Гете м. Франкфурта-на- Майні (1946). Німецьке фізичне товариство назвало на честь нього своювищу нагороду медаллю Планка, і сам Планк був першим власником цієїпочесної нагороди. На честь його 80-річчя одна з малих планет була названа Планкіаной, а після закінчення другої світової війни Товариство фундаментальнихнаук кайзера Вільгельма було перейменовано в Товариство Макса Планка.
Макс Планк був членом Німецької та Австрійської академій наук, атакож наукових товариств та академій Англії, Данії, Ірландії, Фінляндії, Греції, Нідерландів, Угорщини, Італії, Радянського Союзу, Швеції, України та Сполучених Штатів.