Quantum   양자, 양자 상태

(2022-04-20)

퀀텀, Planck Constant, 플랑크 상수, Energy Quantization, 에너지 양자화


1. 양자 (量子, Quantum)양자화된(불연속적인) 에너지 덩어리(알갱이) (Energy Quanta)
     - 더이상 쪼갤 수 없는 최소 단위 에너지를 갖음
        . 어떤 일정 크기로 최소 양자화단위로써,
        . 플랑크(Planck)는, 이를 h 라는 플랑크 상수라고 칭함

  ㅇ 공간을 전파하는 전자기파 에너지는,
     - 연속적이지 않고 불연속적으로 끊어진 양자화상태임 (hf의 정수 배)
        

2. 플랑크의 양자 가설

  ※ 플랑크가 1900년 제안한 개념 (Max Karl Ernst Ludwig Planck,1858~1947)

  ㅇ 가열된 고체(흑체)에서 방출/흡수되는 열 복사 형태의 에너지는, hf의 정수 배로 만 가능
     - 즉, 원자에 의한 전자기파 복사선의 방출 및 흡수 에너지는,
        . 불연속적으로 오직 특정한 양(量)(즉,양자)으로서 만 나타남
     
[# E_n = n h f = n \frac{hc}{λ} \qquad (n = 0,1,2,\cdots,\infty) #]
3. 플랑크 상수 : h실험 측정에 의해 구해지고, 불변의 `기본 상수`로 간주됨 ㅇ h : (플랑크 상수) 6.625x10-34 [J s] = 4.13566733×10−15 [eV s] ㅇ 때론, 플랑크 상수 h를 {#\hbar=h/2π#}로 표기하기도 함 - 이를, 환산 플랑크상수(reduced Planck constant), 디랙상수(Dirac constant) 라고 함 - {#\hbar = h/2π = 1 \times 10^{-34}#} [J s] ㅇ 플랑크상수 h에 의해, 입자성과 파동성이 결합됨 - 입자성을 나타내는 주요 물리량 : E (에너지), p (운동량) - 파동성을 나타내는 주요 물리량 : f (진동수), λ (파장), k (전파상수) * 운동량(p),에너지(E)을 입자 또는 파동 관점으로 본 관계식 . 입자 관점 :
[# p = mv \quad E = \frac{p^2}{2m}#]
. 파동 관점 :
[# p = \hbar k \quad E = \frac{(\hbar k)^2}{2m} #]
4. 에너지 양자화 : (미시적 에너지 상태양자화)원자,분자,결정 내의 전자에너지는, 이산적인 에너지 값 만을 갖음 ☞ 에너지 준위 참조 - 즉, 특정한 불연속적인 값 만이 허용됨 ㅇ 한편, 원자전자운동을 결정하는 양자 상태를 나타내는 수는, ☞ 양자수 참조 - (주 양자수, 부 양자수, 자기 양자수, 스핀 양자수) 5. 에너지 양자화 : (전자기파 방출/흡수 과정의 양자화)전자기파의 방출/흡수는, ☞ 흡수 및 방출, 방출 스펙트럼, 유도방출, 자연방출 참조 ㅇ 양자화에너지 크기는, 플랑크 상수와 관련된 정수 배에 의해, 전자기파주파수에 비례
[# E_n = h f \left( n + \frac{1}{2} \right) \qquad (n = 0,1,2,\cdots,\infty) #]
- n : 주어진 에너지준위와 관련된 양자수 . n = 0 에서, 가장 낮은 에너지 준위(바닥 상태)는, 0 이 아니라, hf/2 임으로써, . 이는, 전자기파진공(암흑 상태)라고 일컬어지고, . 또한, 자발 방출과 관련됨 - h : 플랑크 상수 6.625x10-34 [J s] = 4.13566733×10−15 [eV s] - f : 전자기파 주파수 [Hz]



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