Kluczowa różnica między teorią fal elektromagnetycznych a teorią kwantową Plancka polega na tym, że teoria fal elektromagnetycznych nie wyjaśnia zjawiska promieniowania ciała doskonale czarnego i efektu fotoelektrycznego, podczas gdy teoria kwantowa Plancka wyjaśnia zjawiska promieniowania ciała doskonale czarnego i efekt fotoelektryczny.
Jeśli podgrzejemy substancję (która ma wysoką temperaturę topnienia), najpierw zmieni ona kolor na czerwony, a następnie zamieni się w kolor żółty, który następnie zacznie świecić białym i niebieskim światłem. Gdy substancja zostanie podgrzana w ten sposób, nazywamy ją „ciałem doskonale czarnym”, a powstałe promieniowanie (które emituje substancja) jest „promieniowaniem ciała doskonale czarnego”. Nie możemy jednak wyjaśnić, jak to się dzieje, korzystając z teorii fal elektromagnetycznych, ale teoria kwantowa Plancka dobrze to wyjaśnia.
Co to jest teoria fal elektromagnetycznych?
Teoria fal elektromagnetycznych to teoria chemiczna opracowana przez Jamesa Clarka Maxwella w 1864 roku. Zgodnie z tą teorią istnieje kilka punktów dotyczących promieniowania emitowanego przez substancję.
Te punkty są następujące:
- Energia emitowana jest z dowolnego źródła w sposób ciągły w postaci energii promienistej.
- Promieniowanie ma dwa pola oscylujące prostopadle do siebie; pole elektryczne i pole magnetyczne. Oba te pola są prostopadłe do drogi promieniowania.
- Promieniowanie ma charakterystykę falową i porusza się z prędkością światła. Nazywamy to promieniowaniem elektromagnetycznym.
- To promieniowanie elektromagnetyczne nie wymaga materii do propagacji.
Fala opisana w tej teorii ma kilka cech. Długość fali to odległość między dwoma kolejnymi grzbietami lub dolinami fali. Liczba fal przechodzących przez punkt w ciągu jednej sekundy to częstotliwość fali. Liniowa odległość, jaką fala pokonuje w ciągu jednej sekundy, to prędkość. Liczba fal to liczba fal występujących na długości jednego centymetra.
Rysunek 01: Długość fali elektromagnetycznej
Korzystając z tej teorii, możemy opracować widmo elektromagnetyczne. Istnieją jednak pewne ograniczenia tej teorii. Te ograniczenia są następujące:
- Nie potrafi wyjaśnić promieniowania ciała doskonale czarnego.
- I to nie wyjaśnia efektu fotoelektrycznego.
- Nie można wyjaśnić, w jaki sposób pojemność cieplna zmienia temperaturę ciał stałych.
- Ponadto nie może wyjaśnić liniowych widm atomów.
Czym jest teoria kwantowa Plancka?
Teoria kwantowa Plancka to teoria chemiczna opracowana przez Maxa Plancka w 1900 roku. Ta teoria jest jak modyfikacja teorii fal elektromagnetycznych, ponieważ możemy wyjaśnić rzeczy, których teoria fal elektromagnetycznych nie mogła wyjaśnić. Ważne punkty w tej teorii są następujące:
- Energia promienista emituje lub pochłania w sposób nieciągły jako pakiety energii, które nazywamy kwantami.
- Energia każdego kwantu jest równa iloczynowi stałej Plancka i częstotliwości promieniowania.
- Zawsze całkowita ilość energii, którą substancja emituje lub pochłania, jest całkowitą liczbą kwantów.
Co więcej, teoria ta wyjaśniała zjawiska promieniowania ciała doskonale czarnego i efekt fotoelektryczny, których teoria fal elektromagnetycznych nie potrafiła wyjaśnić. Zgodnie z tą teorią, gdy ogrzewamy substancję, atomy tej substancji pochłaniają energię z ciepła i zaczynają oscylować, aby emitować promieniowanie; gdy dalej podgrzewamy substancję, emituje ona coraz więcej promieniowania. Następnie substancja emituje promieniowanie o najniższej częstotliwości widzialnego zakresu, co daje kolor czerwony, a następnie kolor żółty i tak dalej.
Rysunek 02: Widmo ciała doskonale czarnego
Rozważając wyjaśnienie efektu fotoelektrycznego, najpierw zrozummy, czym jest efekt fotoelektryczny. Kiedy promieniowanie uderza w powierzchnię metalu, powoduje emisję elektronów na powierzchni metalu. To właśnie nazywamy efektem fotoelektrycznym.
Rysunek 03: Efekt fotoelektryczny
Zgodnie z teorią kwantową Plancka, gdy światło pada na powierzchnię, kwanty promieniowania świetlnego oddają całą swoją energię elektronom na powierzchni. Stąd elektrony zostają oderwane od powierzchni i wyrzucone z powierzchni, jeśli padające promieniowanie ma energię równą sile przyciągania między jądrem atomowym a elektronem.
Jaka jest różnica między teorią fal elektromagnetycznych a teorią kwantową Plancka?
Teoria fal elektromagnetycznych jest teorią chemiczną opracowaną przez Jamesa Clarka Maxwella w 1864 roku, podczas gdy teoria kwantowa Plancka jest teorią chemiczną opracowaną przez Maxa Plancka w 1900 roku. Kluczową różnicą między teorią fal elektromagnetycznych a teorią kwantową Plancka jest to, że teoria fal elektromagnetycznych nie wyjaśnia zjawiska promieniowania ciała doskonale czarnego i efektu fotoelektrycznego, podczas gdy teoria kwantowa Plancka wyjaśnia zjawiska promieniowania ciała doskonale czarnego i efekt fotoelektryczny. Co więcej, kolejną różnicą między teorią fal elektromagnetycznych a teorią kwantową Plancka jest to, że zgodnie z teorią fal elektromagnetycznych promieniowanie jest ciągłe, ale zgodnie z teorią kwantową Plancka promieniowanie jest nieciągłe.
Poniższa infografika przedstawia różnicę między teorią fal elektromagnetycznych a teorią kwantową Plancka w formie tabelarycznej.
Podsumowanie – Teoria fal elektromagnetycznych a teoria kwantów Plancka
Dwie teorie Teoria fal elektromagnetycznych i teoria kwantowa Plancka wyjaśniają zachowanie promieniowania emitowanego przez substancję. Jednak kluczowa różnica między teorią fal elektromagnetycznych a teorią kwantową Plancka polega na tym, że teoria fal elektromagnetycznych nie wyjaśnia zjawiska promieniowania ciała doskonale czarnego i efektu fotoelektrycznego, podczas gdy teoria kwantowa Plancka wyjaśnia zjawiska promieniowania ciała doskonale czarnego i efekt fotoelektryczny.
