Różnica między teorią fal elektromagnetycznych a teorią kwantową Plancka

The kluczowa różnica między teorią fal elektromagnetycznych a teorią kwantową Plancka jest to, że Teoria fal elektromagnetycznych nie wyjaśnia zjawiska promieniowania ciała czarnego i efektu fotoelektrycznego, podczas gdy teoria kwantowa Plancka wyjaśnia zjawisko promieniowania ciała czarnego i efektu fotoelektrycznego.

Jeśli podgrzamy substancję (która ma wysoką temperaturę topnienia), najpierw zmienia kolor na czerwony, a następnie przekształca się w kolor żółty, który następnie zaczyna świecić światłem białym i niebieskim. Po podgrzaniu substancji w ten sposób nazywamy ją „czarnym ciałem”, a powstałe promieniowanie (emitowane przez tę substancję) to „promieniowanie czarnego ciała”. Nie jesteśmy jednak w stanie wyjaśnić, jak to się dzieje za pomocą teorii fal elektromagnetycznych, ale teoria kwantowa Plancka dobrze to wyjaśnia.

ZAWARTOŚĆ

1. Przegląd i kluczowa różnica
2. Co to jest teoria fal elektromagnetycznych
3. Co to jest teoria kwantowa Plancka
4. Porównanie obok siebie - teoria fal elektromagnetycznych a teoria kwantowa Plancka w formie tabelarycznej
5. Podsumowanie

Co to jest teoria fal elektromagnetycznych?

Teoria fal elektromagnetycznych to teoria chemii opracowana przez Jamesa Clarka Maxwella w 1864 r. Zgodnie z tą teorią istnieje kilka kwestii na temat promieniowania emitowanego z substancji.

Punkty te są następujące:

• Energia stale emituje z dowolnego źródła w postaci energii promieniowania.
• Promieniowanie ma dwa pola oscylujące względem siebie prostopadle; pole elektryczne i pole magnetyczne. Oba te pola są prostopadłe do ścieżki 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 charakterystycznych. Długość fali fali to odległość między dwoma kolejnymi grzbietami lub dolinami fali. Liczba fal przechodzących przez punkt na sekundę to częstotliwość fali. Liniowa odległość, którą fala przemieszcza się na sekundę, jest prędkością. Wavenumber to liczba fal obecnych w długości jednego centymetra.

Rysunek 01: Długość fali elektromagnetycznej

Korzystając z tej teorii, możemy rozwinąć widmo elektromagnetyczne. Istnieją jednak pewne ograniczenia tej teorii. Ograniczenia te są następujące:

1. Nie może wyjaśnić promieniowania czarnego ciała.
2. I to nie wyjaśnia efektu fotoelektrycznego.
3. Nie może wyjaśnić, w jaki sposób pojemność cieplna zmienia temperaturę ciał stałych.
4. Co więcej, nie może wyjaśnić widm liniowych atomów.

Czym jest teoria kwantowa Plancka?

Teoria kwantowa Plancka jest teorią chemii opracowaną przez Maxa Plancka w 1900 r. Teoria ta jest jak modyfikacja teorii fal elektromagnetycznych, ponieważ możemy wyjaśnić rzeczy, których teoria fal elektromagnetycznych nie mogła wyjaśnić. Ważne punkty tej teorii są następujące:

• Energia promienista emituje lub absorbuje w sposób nieciągły jako pakiety energii, które nazywamy kwantami.
• Energia każdego kwantu jest iloczynem stałej Plancka i częstotliwości promieniowania.
• Zawsze całkowita ilość energii, którą substancja emituje lub absorbuje, to cała liczba kwantów.

Co więcej, teoria ta wyjaśniała zjawiska promieniowania ciała czarnego i efekt fotoelektryczny, którego teoria fal elektromagnetycznych nie wyjaśniła. Zgodnie z tą teorią, kiedy ogrzewamy substancję, atomy tej substancji absorbują energię z ciepła i zaczynają oscylacje, aby emitować promieniowanie; kiedy dalej ogrzewamy substancję, emituje ona coraz więcej promieniowania. Następnie substancja emituje promieniowanie o najniższej częstotliwości zakresu widzialnego, co daje kolor czerwony, a następnie kolor żółty i tak dalej.

Ryc. 02: Widmo czarnego ciała

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.

Rycina 03: Efekt fotoelektryczny

Zgodnie z teorią kwantową Plancka, gdy światło pada na powierzchnię, kwanty promieniowania świetlnego oddają całą swoją energię elektronom na powierzchni. Dlatego elektrony zostają odłączone od powierzchni i wyrzucone z powierzchni, jeśli promieniowanie padające ma energię równą sile przyciągania między jądrem atomowym a elektronem.

Jaka jest różnica między teorią fali elektromagnetycznej a teorią kwantową Plancka?

Teoria fal elektromagnetycznych jest teorią chemii opracowaną przez Jamesa Clarka Maxwella w 1864 r., Podczas gdy Teoria kwantowa Plancka jest teorią chemii rozwiniętą przez Maxa Plancka w 1900 r. Kluczową różnicą między teorią fal elektromagnetycznych a teorią kwantową Plancka jest to, że teoria fal elektromagnetycznych nie wyjaśnić zjawiska promieniowania ciała czarnego i efekt fotoelektryczny, podczas gdy teoria kwantowa Plancka wyjaśnia zjawisko promieniowania ciała czarnego i efekt fotoelektryczny. Co więcej, inna różnica między teorią fal elektromagnetycznych a teorią kwantową Plancka polega na tym, 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 kwantowa Plancka

Dwie teorie teorii fal elektromagnetycznych i teorii kwantowej Plancka wyjaśniają zachowanie promieniowania emitowanego z substancji. Jednak kluczowa różnica między teorią fal elektromagnetycznych a teorią kwantową Plancka polega na tym, że teoria fal elektromagnetycznych nie wyjaśnia zjawisk promieniowania ciała czarnego i efektu fotoelektrycznego, podczas gdy teoria kwantowa Plancka wyjaśnia zjawiska promieniowania ciała czarnego i efekt fotoelektryczny.

Odniesienie:

1. Libretexts. „4.2: Teoria kwantowa Plancka”. Chemia LibreTexts, Libretexts, 21 lipca 2016 r. Dostępne tutaj 

Zdjęcie dzięki uprzejmości:

1. ”1526374” autor: holder100 (CC0) przez pixabay
2. „Blackbody Spectrum” Autor: Almazi - Praca własna (CC BY-SA 4.0) przez Commons Wikimedia
3. „Efekt fotoelektryczny” Wolfmankurd - en: Inkscape, (CC BY-SA 3.0) przez Commons Wikimedia