ما هو ثابت بلانك؟
ثابت بلانك يُعتبر إحدى الخصائص الأساسية في الفيزياء، حيث يُستخدم في النماذج الرياضية الخاصة بميكانيكا الكم. يهدف هذا الثابت إلى وصف سلوك وحركة الجسيمات والأمواج في النطاق الذري، بما في ذلك الجوانب الجسيمية للضوء. تم تقديم هذا الثابت من قبل الفيزيائي الألماني ماكس بلانك في عام 1900، وذلك عبر معادلة دقيقة تشرح توزيع الإشعاع المنبعث من الجسم الأسود، المعروف بالامتصاص المثالي للإشعاع. إذ يتم انبعاث الضوء والإشعاع وتنقلهما وامتصاصهما في شكل حزم طاقة منفصلة تُعرف بكوانتا الطاقة، ويتحدد ترددها بواسطة الإشعاع، مما يبرز فائدة وثبات بلانك.
يعتبر ثابت بلانك من الثوابت الأساسية في الفيزياء. على الرغم من كونه قيمة ثابتة، إلا أنه يمتلك أبعادًا، وتعتمد قيمته على نظام الوحدات المستخدم. يمكن التعبير عن الطاقة بالعديد من الوحدات مثل السعرات الحرارية والإلكترون فولت والجول والإرج والكيلوواط/ ساعة والوحدات الحرارية البريطانية. أما الوقت، فيختلف تعبيره أيضًا بين الدقائق والساعات والأيام والسنوات والعقود والآلاف من السنين، إلى جانب المللي ثانية والميكرو ثانية والنانو ثانية، مما يعني أنه ليس معياره ثابتًا بشكل مطلق، بل يعتمد على وحدات القياس المدروسة.
قيمة ثابت بلانك
نظرًا لتباين قيم ثابت بلانك بحسب الوحدات المستخدمة، يصبح من الصعب تحديد قيمة واحدة له. بالإمكان بناء العديد من الثوابت غير البعدية باستخدام ثابت بلانك وقياسات فيزيائية أخرى. كما هو معروف، فإن أي نسبة خالية من الأبعاد تُجمع أو تُضرب بثابت بلا أبعاد ستنتج رقمًا بلا أبعاد. أحد أشهر الثوابت غير البعدية هو ثابت البنية الدقيقة، وهو نسبة ثابت القوة الكهروستاتيكية إلى ثابت بلانك مقسومًا على 2π، مضروبًا بسرعة الضوء في الفراغ. وهذا يعني أن ثابت بلانك يعتبر كمية ذات أبعاد، ويمكن أن يأخذ أي قيمة موجبة، ويرتبط عكسيًا بثابت البنية الدقيقة. كما يعتمد ثابت التناسب على الوحدات المستخدمة، ويعتبر الرابط بين الفوتون والطاقة، ويعتبر أساس تعريف وحدة الكيلوغرام للكتلة. يتم التعبير عن ثابت بلانك بالقيمة التالية:
ثابت بلانك = 6.626 × 10 ^ −34 (جول.ثانية)
تجدر الإشارة إلى أن هذه القيمة تتباين بحسب الوحدات المستخدمة في تعريفها، وغالبًا ما تُستخدم الوحدات الذرية، وقد تصل دقتها إلى 12 جزءًا في المليار في النظام المتري.
معادلة ثابت بلانك
تُعرف المعادلة التي تحدد ثابت بلانك بعلاقة بلانك-آينشتاين، ويتم التعبير عنها كالتالي: طاقة الضوء = ثابت بلانك × تردد الضوء، ويمكن تمثيلها رياضيًا بالشكل التالي:
E = h × f، حيث:
- E: طاقة كل حزمة أو كوانتا من الضوء، وتقاس بالجول.
- h: ثابت بلانك.
- f: تردد الضوء مقاس بالهيرتز.
تُستخدم هذه المعادلة لتحديد العلاقة بين تردد الضوء وحجم حزمة الطاقة أو الفوتونات المكونة لها.
التطبيقات العملية لثابت بلانك
فيما يلي أبرز التطبيقات المرتبطة بثابت بلانك:
- معادلة بلانك التي تُحدد قيمة الطاقة المرتبطة بالفوتون من خلال ثابت بلانك وتردده.
- التأثير الكهروضوئي.
- إشعاع الجسم الأسود.
- التركيب الذري لتحديد طاقة المدار التاسع.
- مبدأ عدم اليقين الذي يوضح العلاقة بين الموضع والزخم.
الخلاصة
يعتبر ثابت بلانك واحدًا من أهم الثوابت المستخدمة في القوانين الفيزيائية، حيث يُستخدم لوصف سلوك الجسيمات والأمواج، بما في ذلك الأمواج الضوئية. تختلف قيمته بحسب نظام الوحدة المستخدم في قياسه، والقيمة الأكثر شيوعًا تساوي 6.626 × 10 ^ −34 (جول.ثانية). تصف معادلة ثابت بلانك العلاقة بين طاقة الضوء وتردده، ويتم التعبير عنها بالعلاقة E = h × f. تُعتبر معادلة بلانك، التأثير الكهروضوئي، إشعاع الجسم الأسود، التركيب الذري، ومبدأ عدم اليقين من أبرز التطبيقات المرتبطة بثابت بلانك.