Ključna razlika između teorije elektromagnetskih valova i Planckove kvantne teorije je u tome što teorija elektromagnetskih valova ne objašnjava fenomen zračenja crnog tijela i fotoelektrični efekt, dok Planckova kvantna teorija objašnjava fenomen zračenja crnog tijela i fotoelektrični efekt.
Ako zagrijavamo tvar (koja ima visoko talište), ona prvo postaje crvena, zatim prelazi u žutu boju, koja tada počinje svijetliti bijelom i plavom svjetlošću. Nakon što se tvar ovako zagrije, nazivamo je "crno tijelo", a rezultirajuće zračenje (koje tvar emitira) je "zračenje crnog tijela". Međutim, ne možemo objasniti kako se to događa pomoću teorije elektromagnetskih valova, ali Planckova kvantna teorija to dobro objašnjava.
Što je teorija elektromagnetskih valova?
Teorija elektromagnetskih valova je teorija u kemiji koju je razvio James Clark Maxwell 1864. Prema ovoj teoriji, postoji nekoliko točaka o zračenju koje emitira tvar.
Ove točke su sljedeće:
- Energija kontinuirano emitira iz bilo kojeg izvora u obliku energije zračenja.
- Zračenje ima dva polja koja osciliraju okomito jedno na drugo; električno polje i magnetsko polje. Oba ova polja su okomita na putanju zračenja.
- Zračenje ima valne karakteristike i putuje brzinom svjetlosti. Zovemo ga elektromagnetsko zračenje.
- Ovo elektromagnetsko zračenje ne zahtijeva materiju za širenje.
"Val" opisan u ovoj teoriji ima nekoliko karakteristika. Valna duljina vala je udaljenost između dva uzastopna vrha ili dna vala. Broj valova koji prolaze kroz točku u jednoj sekundi je frekvencija vala. Linearna udaljenost koju val prijeđe u jednoj sekundi je brzina. Valni broj je broj valova prisutnih u dužini od jednog centimetra.
Slika 01: Duljina elektromagnetskog vala
Koristeći ovu teoriju, možemo razviti elektromagnetski spektar. Međutim, postoje neka ograničenja ove teorije. Ova ograničenja su sljedeća:
- Ne može objasniti zračenje crnog tijela.
- I, to ne objašnjava fotoelektrični efekt.
- Ne može objasniti kako toplinski kapacitet mijenja temperaturu krutih tvari.
- Nadalje, ne može objasniti linijske spektre atoma.
Što je Planckova kvantna teorija?
Planckova kvantna teorija je teorija u kemiji koju je razvio Max Planck 1900. godine. Ova je teorija poput modifikacije teorije elektromagnetskih valova jer možemo objasniti stvari koje teorija elektromagnetskih valova nije mogla objasniti. Važne točke u ovoj teoriji su sljedeće:
- Energija zračenja diskontinuirano emitira ili apsorbira kao pakete energije, koje nazivamo kvantima.
- Energija svakog kvanta jednaka je umnošku Planckove konstante i frekvencije zračenja.
- Uvijek je ukupna količina energije koju tvar emitira ili apsorbira cijeli broj kvanta.
Štoviše, ova je teorija objasnila fenomen zračenja crnog tijela i fotoelektrični efekt koji teorija elektromagnetskih valova nije uspjela objasniti. Prema ovoj teoriji, kada zagrijavamo tvar, atomi te tvari apsorbiraju energiju iz topline i pokreću oscilacije radi emitiranja zračenja; kada dalje zagrijavamo tvar, ona emitira sve više i više zračenja. Tada tvar emitira zračenje s najnižom frekvencijom vidljivog raspona što daje crvenu boju, a zatim žutu boju i tako dalje.
Slika 02: Spektar crnog tijela
Kada razmatramo objašnjenje fotoelektričnog efekta, prvo shvatimo što je fotoelektrični efekt. Kada zračenje udari u površinu metala, ono uzrokuje emisiju elektrona na površini metala. To je ono što zovemo fotoelektrični efekt.
Slika 03: Fotoelektrični efekt
Prema Planckovoj kvantnoj teoriji, kada svjetlost udari u površinu, kvanti svjetlosnog zračenja daju svu svoju energiju elektronima na površini. Dakle, elektroni se odvajaju od površine i izbacuju s površine, ako upadno zračenje ima energiju jednaku sili privlačenja između atomske jezgre i elektrona.
Koja je razlika između teorije elektromagnetskih valova i Planckove kvantne teorije?
Teorija elektromagnetskih valova je teorija u kemiji koju je razvio James Clark Maxwell 1864. dok je Planckova kvantna teorija teorija u kemiji koju je razvio Max Planck 1900. Ključna razlika između teorije elektromagnetskih valova i Planckove kvantne teorije je da teorija elektromagnetskih valova ne objašnjava fenomen zračenja crnog tijela i fotoelektrični efekt, dok Planckova kvantna teorija objašnjava fenomen zračenja crnog tijela i fotoelektrični efekt. Štoviše, još jedna razlika između teorije elektromagnetskih valova i Planckove kvantne teorije je da je prema teoriji elektromagnetskih valova zračenje kontinuirano, ali prema Planckovoj kvantnoj teoriji zračenje je diskontinuirano.
Donja infografika prikazuje razliku između teorije elektromagnetskih valova i Planckove kvantne teorije u tabličnom obliku.
Sažetak – Teorija elektromagnetskih valova nasuprot Planckovoj kvantnoj teoriji
Dvije teorije Teorija elektromagnetskih valova i Planckova kvantna teorija objašnjavaju ponašanje zračenja koje emitira tvar. Međutim, ključna razlika između teorije elektromagnetskih valova i Planckove kvantne teorije je u tome što teorija elektromagnetskih valova ne objašnjava fenomen zračenja crnog tijela i fotoelektrični efekt, dok Planckova kvantna teorija objašnjava fenomen zračenja crnog tijela i fotoelektrični efekt.
