تعريف ثابت بلانك
يعرف ثابت بلانك بأنه خاصية ثابتة فيزيائية تُستخدم للصيغ الرياضية في ميكانيكا الكم، إذ يصف ثابت بلانك حركة وسلوك الجسيمات والأمواج في النطاق الذري بما فيها الجانب الجسيمي للضوء، وقد قدّم هذا الثابت الفيزيائي الألماني ماكس بلانك عام 1900م من خلال صياغته الدقيقة لتوزيع الإشعاع المنبعث من الجسم الأسود، أو ما يُعرف بالممتص المثالي للطاقة المشعّة، فالإشعاعات ومن ضمنها الضوء تنبعث وتنتقل وتُمتص في حزم طاقة منفصلة أو ما يُسمى بكوانتا الطاقة، وما يُحدد ترددها هو الإشعاع، وهنا تكمن أهمية ثابت بلانك.
يُعدّ ثابت بلانك من الثوابت المهمة في الفيزياء، وعلى الرغم من قيمته الثابتة إلا أن له أبعاد، وقيمته تعتمد على نظام الوحدات المستخدمة في التعبير عنه، فالطاقة قد يُعبّر عنها بالسعرات الحرارية، والإلكترون فولت، والجول، والإرج، والكيلو واط/ ساعة، والوحدات الحرارية البريطانية، وكذلك الوقت فقد يُعبّر عنه بالدقائق، والساعات، والأيام، والسنوات، والقرون، وآلاف السنين، والمللي ثانية، والميكرو ثانية، والنانو ثانية، وهذا ما يُبين أنها ليست معيارًا ثابتًا، إلا أنها تعتمد على وحدات الأبعاد المستخدمة.
قيمة ثابت بلانك
نظرًا لأن قيمة ثابت بلانك تختلف باختلاف الوحدات المستخدمة، لذا فإنه يصعب تحديد قيمة واحدة له، ويُمكن بناء العديد من الثوابت عديمة الأبعاد باستخدام ثابت بلانك وقياسات فيزيائية أخرى، وكما هو متعارف عليه فإن أي نسبة بلا أبعاد تُجمع أو تُضرب بثابت بلا أبعاد فالناتج رقم بلا أبعاد، وأحد أشهر الثوابت عديمة الأبعاد هو ثابت البناء الدقيق، وهي ذاتها نسبة الثابت في صيغة القوة الكهروستاتيكية إلى ثابت بلانك مقسومًا على 2π، مضروبًا بسرعة الضوء في الفراغ، وهذا يعني أن ثابت بلانك هو كمية ذات أبعاد ويُمكن أن يكون قيمته أي قيمة موجبة، ويتناسب عكسيًا مع ثابت البنية الدقيقة، كما يعتمد ثابت التناسب على الوحدات المستخدمة، أي أنه ثابت التناسب الذي يربط بين الفوتون والطاقة، وهو أساس تعريف وحدة الكيلو جرام للكتلة، ويُعبّر عن ثابت بلانك بالقيمة الآتية:
ثابت بلانك = 6.626 × 10 ^ −34 (جول.ثانية)
مع التأكيد على أن هذه القيمة تختلف وفقًا للوحدات المستخدمة في وصفها، وتُعرف غالبًا بالوحدات الذرية، وقد تصل إلى 12 جزء في المليار في النظام المتري.
معادلة ثابت بلانك
تُسمى المعادلة التي تُحدد ثابت بلانك باسم علاقة بلانك-آينشتاين؛ ويعبر عنها بما يلي؛ طاقة الضوء= ثابت بلانك × تردد الضوء، وبالرموز:
E = h × f، على افتراض أن:
- E: طاقة كل حزمة أو كوانتا من الضوء وتُقاس بالجول.
- h: ثابت بلانك.
- f: تردد الضوء مُقاس بالهيرتز.
وتُستخدم هذه المعادلة لتحديد كيفية استخدام تردد الضوء لتحديد حجم حزمة الطاقة أو الفوتونات التي يحتوي عليها.
تطبيقات على ثابت بلانك
في ما يأتي أهم التطبيقات على ثابت بلانك:
- معادلة بلانك التي تُعطي قيمة الطاقة المرتبطة بالفوتون من خلال ثابت بلانك وتردده.
- التأثير الكهروضوئي.
- إشعاع الجسم الأسود.
- التركيب الذري لإعطاء طاقة المدار التاسع.
- مبدأ عدم اليقين لإعطاء العلاقة بين الموضع والزخم.
الخلاصة
يعد ثابت بلانك من أهم الثوابت المستخدمة في القوانين الفيزيائية، إذ يستخدم لوصف سلوك الجسيمات أو الأمواج بما فيها الأمواج الضوئية، وتختلف قيمته باختلاف الوحدة المستخدمة لقياسه، وتساوي القيمة الأكثر شيوعًا له 6.626 × 10 ^ −34 (جول.ثانية)، وتصف معادلة ثابت بلانك العلاقة بين طاقة الضوء وتردده ويعبر عنها باستخدام العلاقة؛ ( E = h × f)، ويعد كل من معادلة بلانك، والتأثير الكهروضوئي، وإشعاع الجسم الأسود، والتركيب الذري، ومبدأ عدم اليقين، من أبرز التطبيقات على ثابت بلانك.
