Het belangrijkste verschil tussen de elektromagnetische golftheorie en de kwantumtheorie van Planck is dat de elektromagnetische golftheorie de stralingsverschijnselen en het foto-elektrisch effect van het zwarte lichaam niet verklaart, terwijl de kwantumtheorie van Planck de stralingsverschijnselen van het zwarte lichaam en het foto-elektrisch effect wel verklaart.
Als we een stof (die een hoog smeltpunt heeft) verhitten, wordt deze eerst rood gekleurd en vervolgens omgezet in een gele kleur, die dan begint te gloeien met wit en blauw licht. Als de stof eenmaal op deze manier is verwarmd, noemen we het een "zwart lichaam" en de resulterende straling (die de stof afgeeft) is "zwart-lichaamstraling". We kunnen echter niet verklaren hoe dit gebeurt met behulp van de elektromagnetische golftheorie, maar de kwantumtheorie van Planck legt het goed uit.
Wat is de theorie van elektromagnetische golven?
Elektromagnetische golftheorie is een theorie in de chemie die in 1864 werd ontwikkeld door James Clark Maxwell. Volgens deze theorie zijn er verschillende punten over straling die door een stof wordt uitgezonden.
Deze punten zijn als volgt:
- Energie stra alt continu uit elke bron in de vorm van stralingsenergie.
- Straling heeft twee velden die loodrecht op elkaar oscilleren; elektrisch veld en magnetisch veld. Beide velden staan loodrecht op het stralingspad.
- Straling heeft golfkarakteristieken en reist met de snelheid van het licht. We noemen het elektromagnetische straling.
- Deze elektromagnetische straling heeft geen materie nodig voor voortplanting.
De "golf" die in deze theorie wordt beschreven, heeft verschillende kenmerken. De golflengte van de golf is de afstand tussen twee opeenvolgende toppen of dalen van de golf. Een aantal golven die per seconde door een punt gaan, is de frequentie van de golf. De lineaire afstand die de golf per seconde aflegt, is de snelheid. Golfgetal is het aantal aanwezige golven in een lengte van één centimeter.
Figuur 01: Elektromagnetische golflengte
Met deze theorie kunnen we het elektromagnetische spectrum ontwikkelen. Er zijn echter enkele beperkingen aan deze theorie. Deze beperkingen zijn als volgt:
- Het kan de straling van het zwarte lichaam niet verklaren.
- En het verklaart het foto-elektrische effect niet.
- Het kan niet verklaren hoe de warmtecapaciteit de temperatuur van vaste stoffen varieert.
- Bovendien kan het de lijnspectra van atomen niet verklaren.
Wat is de kwantumtheorie van Planck?
Planck's kwantumtheorie is een theorie in de chemie die in 1900 door Max Planck is ontwikkeld. Deze theorie is als een wijziging voor de elektromagnetische golftheorie omdat we de dingen kunnen verklaren die de elektromagnetische golftheorie niet kon verklaren. De belangrijke punten in deze theorie zijn als volgt:
- Stralingsenergie zendt of absorbeert discontinu als energiepakketten, die we quanta noemen.
- De energie van elk kwantum is gelijk aan het product van de constante van Planck en de frequentie van straling.
- De totale hoeveelheid energie die een stof afgeeft of absorbeert, is altijd een geheel aantal quanta.
Bovendien verklaarde deze theorie de verschijnselen van blackbody-straling en het foto-elektrische effect dat de elektromagnetische golftheorie niet kon verklaren. Volgens deze theorie, wanneer we een stof verwarmen, absorberen de atomen van die stof energie uit warmte en beginnen oscillaties om straling uit te zenden; als we de stof verder verhitten, stra alt deze steeds meer straling uit. Vervolgens zendt de stof straling uit met de laagste frequentie van het zichtbare bereik, wat een rode kleur geeft, en de volgende is een gele kleur enzovoort.
Figuur 02: Zwart lichaamsspectrum
Laten we bij het beschouwen van de verklaring voor het foto-elektrisch effect eerst begrijpen wat een foto-elektrisch effect is. Wanneer de straling het oppervlak van een metaal raakt, veroorzaakt dit de emissie van elektronen in het oppervlak van het metaal. Dit noemen we foto-elektrisch effect.
Figuur 03: Foto-elektrisch effect
Volgens de kwantumtheorie van Planck, wanneer licht op een oppervlak v alt, geeft de quanta van de lichtstraling al zijn energie aan de elektronen in het oppervlak. Vandaar dat de elektronen losraken van het oppervlak en van het oppervlak worden uitgestoten, als de invallende straling een energie heeft die gelijk is aan de aantrekkingskracht tussen de atoomkern en het elektron.
Wat is het verschil tussen de elektromagnetische golftheorie en de kwantumtheorie van Planck?
Elektromagnetische golftheorie is een theorie in de chemie die is ontwikkeld door James Clark Maxwell in 1864, terwijl de kwantumtheorie van Planck een theorie in de chemie is die in 1900 door Max Planck is ontwikkeld. Het belangrijkste verschil tussen de theorie van elektromagnetische golven en de kwantumtheorie van Planck is dat de elektromagnetische golftheorie verklaart niet de stralingsverschijnselen van het zwarte lichaam en het foto-elektrisch effect, terwijl de kwantumtheorie van Planck de stralingsverschijnselen van het zwarte lichaam en het foto-elektrisch effect wel verklaart. Bovendien is een ander verschil tussen de elektromagnetische golftheorie en de kwantumtheorie van Planck dat volgens de elektromagnetische golftheorie de straling continu is, maar volgens de kwantumtheorie van Planck is de straling discontinu.
De onderstaande infographic geeft het verschil weer tussen de elektromagnetische golftheorie en de kwantumtheorie van Planck in tabelvorm.
Samenvatting – Elektromagnetische golftheorie versus de kwantumtheorie van Planck
De twee theorieën Elektromagnetische golftheorie en de kwantumtheorie van Planck verklaren het gedrag van straling die door een stof wordt uitgezonden. Het belangrijkste verschil tussen de elektromagnetische golftheorie en de kwantumtheorie van Planck is echter dat de elektromagnetische golftheorie de stralingsverschijnselen en het foto-elektrisch effect van het zwarte lichaam niet verklaart, terwijl de kwantumtheorie van Planck de stralingsverschijnselen van het zwarte lichaam en het foto-elektrisch effect wel verklaart.
