Wie kam Planck auf das Wirkungsquantum?

gershwin · Anmeldungsdatum: 07.02.2014 Beiträge: 1

Meine Frage:
Ich möchte einem halbwegs aufgeweckten, interessierten 14-Jährigen erklären, wie Plack auf der Suche nach einer Formel für die Schwarzkörperstrahlung auf das Wirkungsquantum kam. Die Erklärung kann natürlich nicht umfassend sein, aber in dem Sinne didaktisch, daß er hernach deutlich mehr verstanden hat als zuvor.

Analoges Beispiel: Man kann einem 14-Jährigen natürlich nicht die Schrödingergleichung umfassend erklären. Aber man kann ihm die Interferenzphänomene demonstrieren, die eine Wellengleichung nahelegen, danach, wie eine Wellengleichung allgemein immer aussehen muß, und vielleicht noch das ein oder andere Element der Gleichung. Danach weiß er wirklich deutlich mehr als vorher.

So eine Erklärung konnte ich bisher für die Plancksche Strahlungsformel nirgendwo finden.
Vielen Dank im Voraus
Thomas

Meine Ideen:
Planck ging wohl von der Voraussetzung aus, daß der Schwarzkörper auf vielen kleinen Oszillatoren besteht, die Strahlung absorbieren und abgeben. Irgendwie muß auch die Statistik reinspielen ähnlich wie bei der Gastheorie....

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18026

Ein schwieriges Unterfangen.

Letztlich hat Planck festgestellt (wie schon andere vor ihm), dass wenn man je Frequenz eine kontinuierliche Energie E zulässt (die von der Intensität je Frequenz abhängt), man eine insgs. unendliche Gesamtenergie des schwarzen Strahlers erhält (was physikalisch sinnlos ist). Wenn man dagegen annimmt, dass die Energie E je Frequenz f immer nur in diskreten Portionen E =hf auftritt, dann ist die Gesamtenergie endlich und das Spektrum korrekt.

Frage: Warum nicht mit dem Photoeffekt anfangen? Ist zwar historisch nicht korrekt, jedoch von der Mathematik her deutlich einfacher.

gershwin2 · Anmeldungsdatum: 08.02.2014 Beiträge: 2

Vielen Dank!
ich würd´s gerne wie eine Detektivgeschichte erzählen, ungefähr so, wie die Entdeckungen auch chronologisch gemacht wurden.
Den Photoeffekt und Einsteins Überlegungen dazu habe ich, denke ich, zumindest ansatzweise verstanden, Ihre Erklärung hingegen leider noch nicht. Vor Planck war es doch wohl so in der Physik, daß beliebig kleine Energiebeträge beliebig kleine Zustandsänderungen ermöglichen konnten.
Wenn ich Ihren Beitrag richtig verstanden habe, müßten da irgendwo immer kleiner werdende Werte aufaddiert werden, wobei sich unendlich ergibt. Weshalb Planck dann diese Option aufgeben mußte. Das sollte doch eigentlich nicht sooo kompliziert sein, daß man nirgends was konkreteres dazu findet...

Ich wäre auch für links oder Buchtipps dankbar, weil ich selbst wirklich schon ne Weile gesucht und auch schon Physiklehrer gefragt habe....

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18026

Eine ganz gute Zusammenfassung der sogenannten "Ultraviolettkatastrophe" findet man hier

http://www.physik.tu-dresden.de/~timm/personal/teaching/qmla_s10/Skript.pdf

in Kapitel 2. Es ist aber m.E. mathematisch vergleichsweise kompliziert und setzt einiges an Kenntnis in theoretische Physik voraus. Ich kann mich nicht erinnern, dass wir im Physik-LK die Plancksche Strahlungsformel besprochen hätten, das kam erst an der Uni.

Im Gegensatz dazu ist der Photoeffekt sowie der Unterschied zwischen klassischer und Quantenphysik mittels elementarer Algebra sicher gut verständlich und vergleichsweise anschaulich.

gershwin2 · Anmeldungsdatum: 08.02.2014 Beiträge: 2

Vielen Dank, das hilft mir jedenfalls schon mal weiter. Ich habe auch noch in einem anderen Forum gefragt und einen guten Buchtip bekommen (K. Simonyi: Kulturgeschichte der Physik). Dort soll Plancks Vorgehen ziemlich gut beschrieben sein.
Gruß Thomas

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18026

Das freut mich.

Ich kenne das Buch nicht, aber die Besprechungen hören sich gut an. Lass' mich wissen, wie's dir bei der weiteren Diskussion ergeht ...