Ero sähkömagneettisten aaltojen ja Planckin kvanttiteorioiden välillä

avainero sähkömagneettisten aaltojen teorian ja Planckin kvanttiteorian välillä on, että Sähkömagneettinen aalto-teoria ei selitä mustan kehon säteilyilmiöitä ja valosähköisiä vaikutuksia, kun taas Planckin kvanttiteoria selittää mustan kehon säteilyilmiöitä ja valosähköistä vaikutusta.

Jos lämmitämme ainetta (jolla on korkea sulamispiste), se muuttuu ensin punaiseksi, muuttuu sitten keltaiseksi, joka alkaa hehkua valkoisella ja sinisellä valolla. Kun ainetta on lämmitetty tällä tavoin, kutsumme sitä ”mustana kappaleena” ja tuloksena oleva säteily (jonka aine emittoi) on “mustan ruumiin säteily”. Emme kuitenkaan voi selittää miten tämä tapahtuu sähkömagneettisten aaltojen teoriaa käyttämällä, mutta Planckin kvanttiteoria selittää sen hyvin.

SISÄLLYS

1. Yleiskatsaus ja keskeiset erot
2. Mikä on sähkömagneettisten aaltojen teoria
3. Mikä on Planckin kvanttiteoria
4. Vertailu rinnakkain - sähkömagneettisen aallon teoria vs. Planckin kvanttiteoria taulukkomuodossa
5. Yhteenveto

Mikä on sähkömagneettisten aaltojen teoria?

Sähkömagneettisten aaltojen teoria on James Clark Maxwellin vuonna 1864 kehittämä kemiallinen teoria. Tämän teorian mukaan aineen säteilystä on useita kohtia.

Nämä kohdat ovat seuraavat:

• Energiaa säteilee mistä tahansa lähteestä jatkuvasti säteilevän energian muodossa.
• Säteilyllä on kaksi toisiinsa nähden värähtelevää kenttää; sähkökenttä ja magneettikenttä. Molemmat nämä kentät ovat kohtisuorassa säteilypolulle.
• Säteilyllä on aalto-ominaisuuksia ja se kulkee valon nopeudella. Kutsumme sitä sähkömagneettiseksi säteilyksi.
• Nämä sähkömagneettiset säteilylähteet eivät vaadi leviämistä.

Tässä teoriassa kuvatulla ”aallolla” on useita ominaisuuksia. Aallon aallonpituus on etäisyys kahden peräkkäisen aallonlaskun tai kourun välillä. Useat aallot, jotka kulkevat pisteen sekunnissa, ovat aallon taajuus. Lineaarinen etäisyys, jonka aalto kulkee sekunnissa, on nopeus. Aallonluku on läsnä olevien aaltojen lukumäärä yhden senttimetrin pituisena.

Kuva 01: Sähkömagneettisen aallonpituus

Tätä teoriaa käyttämällä voimme kehittää sähkömagneettisen spektrin. Tälle teorialle on kuitenkin joitain rajoituksia. Nämä rajoitukset ovat seuraavat:

1. Se ei voi selittää mustan kehon säteilyä.
2. Ja se ei selitä valosähköä.
3. Se ei voi selittää kuinka lämpökapasiteetti vaihtelee kiinteiden aineiden lämpötilaa.
4. Lisäksi se ei pysty selittämään atomien juovaspektriä.

Mikä on Planckin kvanttiteoria?

Planckin kvanttiteoria on kemiallinen teoria, jonka on kehittänyt Max Planck vuonna 1900. Tämä teoria on kuin modifikaatio sähkömagneettisten aaltojen teoriaan, koska voimme selittää asioita, joita sähkömagneettisten aaltojen teoria ei voinut selittää. Tämän teorian tärkeät kohdat ovat seuraavat:

• Säteilyenergia säteilee tai absorboi epäjatkuvasti energiapaketeina, joita kutsumme kvantteiksi.
• Kunkin kvantin energia on yhtä suuri kuin Planckin vakion ja säteilytaajuuden tulo.
• Aina aineen emittoiman tai absorboiman energian kokonaismäärä on kvanttien kokonaismäärä.

Lisäksi tämä teoria selitti mustan kappaleen säteilyn ilmiöitä ja valosähköisiä vaikutuksia, joita sähkömagneettisen aallon teoria ei pystynyt selittämään. Tämän teorian mukaan, kun lämmitämme ainetta, sen atomit absorboivat energiaa lämmöstä ja alkavat värähtelyt säteilemään; kun lämmitämme ainetta edelleen, se säteilee yhä enemmän säteilyä. Sitten aine emittoi säteilyä alhaisimmalla näkyvyysalueella, joka antaa punaisen värin, ja seuraava on keltainen ja niin edelleen.

Kuva 02: mustan kehon spektri

Harkitessasi valosähkötehosteen selitystä, ymmärrämme ensin, mikä on valosähköinen vaikutus. Kun säteily iskee metallin pintaan, se aiheuttaa elektronien säteilyä metallin pintaan. Tätä kutsumme valosähkövaikutukseksi.

Kuva 03: Valosähkötehosteet

Planckin kvanttiteorian mukaan valon osuessa pintaan valonsäteilyn kvantit antavat kaiken energiansa pinnan elektronille. Siksi elektronit irtoavat pinnasta ja työntyvät pintaan, jos tulevan säteilyn energia on yhtä suuri kuin atomin ytimen ja elektronin välinen vetovoima.

Mikä on ero sähkömagneettisten aaltojen ja Planckin kvanttiteorioiden välillä?

Sähkömagneettisten aaltojen teoria on James Clark Maxwellin vuonna 1864 kehittämä kemiallinen teoria, kun taas Planckin kvanttiteoria on Max Planckin vuonna 1900 kehittämä kemiallinen teoria. Keskeinen ero sähkömagneettisten aaltojen ja Planckin kvanttiteorioiden välillä on, että sähkömagneettisten aaltojen teoria ei selittää mustan kehon säteilyilmiöitä ja valosähköisiä vaikutuksia, kun taas Planckin kvanttiteoria selittää mustan kehon säteilyilmiöitä ja valosähköisiä vaikutuksia. Toinen ero sähkömagneettisten aaltojen teorian ja Planckin kvanttiteorian välillä on lisäksi se, että sähkömagneettisen aallon teorian mukaan säteily on jatkuvaa, mutta Planckin kvanttiteorian mukaan säteily on epäjatkuvaa.

Alla oleva infografia esittää taulukon muodossa eron sähkömagneettisten aaltojen teorian ja Planckin kvanttiteorian välillä.

Yhteenveto - Sähkömagneettisten aaltojen teoria vs. Planckin kvanttiteoria

Kaksi teoriaa, sähkömagneettisten aaltojen teoria ja Planckin kvanttiteoria, selittävät aineen säteilyn käyttäytymisen. Tärkein ero sähkömagneettisten aaltojen teorian ja Planckin kvanttiteorian välillä on kuitenkin se, että sähkömagneettisten aaltojen teoria ei selitä mustan kehon säteilyilmiöitä ja valosähköisiä vaikutuksia, kun taas Planckin kvanttiteoria selittää mustan kehon säteilyilmiöitä ja valosähköistä vaikutusta..

Viite:

1. Libretekstit. "4.2: Planckin kvanttiteoria." Kemia LibreTexts, Libretexts, 21. heinäkuuta 2016. Saatavana täältä 

Kuvan kohteliaisuus:

1. ”1526374” kirjoittanut helder100 (CC0) pixabayn kautta
2. ”Blackbody Spectrum” Almazi - Oma työ, (CC BY-SA 4.0) Commons Wikimedian kautta
3. ”Valosähkötehosteet” kirjoittanut Wolfmankurd - fi: Inkscape, (CC BY-SA 3.0) Commons Wikimedian kautta