A legfontosabb különbség az elektromágneses hullámelmélet és a Planck-kvantumelmélet között az, hogy az elektromágneses hullámelmélet nem magyarázza meg a fekete test sugárzási jelenségeit és a fotoelektromos hatást, míg a Planck-féle kvantumelmélet megmagyarázza a fekete test sugárzási jelenségeit és a fotoelektromos hatást.
Ha felmelegítünk egy anyagot (amelynek magas az olvadáspontja), akkor először vörös színűvé válik, majd sárgává alakul, ami aztán fehér és kék fénnyel kezd világítani. Ha az anyagot így hevítjük, „fekete testnek” nevezzük, és az így keletkező sugárzás (amit az anyag bocsát ki) „fekete test sugárzás”. Azonban nem tudjuk megmagyarázni, hogyan történik ez az elektromágneses hullámelmélet segítségével, de a Planck-féle kvantumelmélet jól megmagyarázza.
Mi az elektromágneses hullámelmélet?
Az elektromágneses hullámelmélet egy kémiai elmélet, amelyet James Clark Maxwell dolgozott ki 1864-ben. Ezen elmélet szerint számos pont van az anyag által kibocsátott sugárzással kapcsolatban.
Ezek a pontok a következők:
- Az energia bármely forrásból folyamatosan sugárzik sugárzó energia formájában.
- A sugárzásnak két, egymásra merőlegesen oszcilláló mezője van; elektromos mező és mágneses tér. Mindkét mező merőleges a sugárzás útjára.
- A sugárzásnak hullámjellemzői vannak, és a fény sebességével terjed. Ezt elektromágneses sugárzásnak hívjuk.
- Ezeknek az elektromágneses sugárzásoknak nincs szükségük anyagra a terjedéshez.
Az ebben az elméletben leírt „hullámnak” számos jellemzője van. A hullám hullámhossza a hullám két egymást követő csúcsa vagy mélyedése közötti távolság. Egy ponton másodpercenként áthaladó hullámok száma a hullám frekvenciája. Az a lineáris távolság, amelyet a hullám egy másodperc alatt megtesz, a sebesség. A hullámszám az egy centiméteres hosszban jelenlévő hullámok száma.
01. ábra: Elektromágneses hullámhossz
Ezzel az elmélettel fejleszthetjük az elektromágneses spektrumot. Ennek az elméletnek azonban van néhány korlátja. Ezek a korlátozások a következők:
- Nem tudja megmagyarázni a fekete test sugárzását.
- És ez nem magyarázza meg a fotoelektromos hatást.
- Nem tudja megmagyarázni, hogy a hőkapacitás hogyan változtatja a szilárd anyagok hőmérsékletét.
- Továbbá nem tudja megmagyarázni az atomok vonalspektrumát.
Mi az a Planck-féle kvantumelmélet?
Planck kvantumelmélete Max Planck által 1900-ban kidolgozott kémiai elmélet. Ez az elmélet olyan, mint az elektromágneses hullámelmélet módosítása, mert meg tudjuk magyarázni azokat a dolgokat, amelyeket az elektromágneses hullámelmélet nem tudott megmagyarázni. Az elmélet fontos pontjai a következők:
- A sugárzó energia szakaszosan bocsát ki vagy nyel el energiacsomagokat, amelyeket kvantumoknak nevezünk.
- Minden kvantum energiája megegyezik a Planck-állandó és a sugárzás frekvenciájának szorzatával.
- Az anyag által kibocsátott vagy elnyelt energia teljes mennyisége mindig kvantumok egész száma.
Ez az elmélet ráadásul megmagyarázta a feketetestek sugárzásának jelenségeit és a fotoelektromos hatást, amelyet az elektromágneses hullámelmélet nem tudott megmagyarázni. Ezen elmélet szerint, amikor felmelegítünk egy anyagot, az anyag atomjai a hőből energiát vesznek fel, és sugárzást bocsátanak ki; ha tovább melegítjük az anyagot, egyre több sugárzást bocsát ki. Ekkor az anyag a látható tartomány legalacsonyabb frekvenciájú sugárzását bocsátja ki, amely vörös színt ad, a következő pedig sárga színt és így tovább.
02. ábra: Fekete test spektruma
A fotoelektromos hatás magyarázatának mérlegelésekor először is hadd értsük meg, mi az a fotoelektromos hatás. Amikor a sugárzás a fém felületét éri, az elektronok kibocsátását idézi elő a fém felületén. Ezt nevezzük fotoelektromos hatásnak.
03. ábra: Fotoelektromos hatás
A Planck-féle kvantumelmélet szerint, amikor a fény egy felületre ütközik, a fénysugárzás kvantuma minden energiáját a felület elektronjainak adja. Ezért az elektronok leválnak a felületről és kilökődnek a felületről, ha a beeső sugárzás energiája megegyezik az atommag és az elektron közötti vonzási erővel.
Mi a különbség az elektromágneses hullámelmélet és a Planck-féle kvantumelmélet között?
Az elektromágneses hullámelmélet egy kémiai elmélet, amelyet James Clark Maxwell dolgozott ki 1864-ben, míg a Planck-féle kvantumelmélet Max Planck 1900-ban kidolgozott kémiai elmélete. Az elektromágneses hullámelmélet és a Planck-féle kvantumelmélet közötti fő különbség az, hogy Az elektromágneses hullámelmélet nem magyarázza meg a fekete test sugárzási jelenségeit és a fotoelektromos hatást, míg a Planck-féle kvantumelmélet megmagyarázza a fekete test sugárzási jelenségeit és a fotoelektromos hatást. Ezenkívül az elektromágneses hullámelmélet és a Planck kvantumelmélete közötti másik különbség az, hogy az elektromágneses hullámelmélet szerint a sugárzás folyamatos, de a Planck kvantumelmélete szerint a sugárzás nem folytonos.
Az alábbi infografika táblázatos formában mutatja be az elektromágneses hullámelmélet és a Planck-féle kvantumelmélet közötti különbséget.
Összefoglaló – Az elektromágneses hullámelmélet kontra Planck kvantumelmélete
A két elmélet az elektromágneses hullámelmélet és a Planck-féle kvantumelmélet megmagyarázza az anyag által kibocsátott sugárzás viselkedését. A legfontosabb különbség azonban az elektromágneses hullámelmélet és a Planck kvantumelmélete között az, hogy az elektromágneses hullámelmélet nem magyarázza meg a fekete test sugárzási jelenségeit és a fotoelektromos hatást, míg a Planck-féle kvantumelmélet megmagyarázza a fekete test sugárzási jelenségeit és a fotoelektromos hatást.
