ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและทฤษฎีควอนตัมของพลังค์คือทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไม่ได้อธิบายปรากฏการณ์การแผ่รังสีของวัตถุสีดำและเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริก ในขณะที่ทฤษฎีควอนตัมของพลังค์อธิบายปรากฏการณ์การแผ่รังสีวัตถุสีดำและเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริก
ถ้าเราให้ความร้อนกับสาร (ซึ่งมีจุดหลอมเหลวสูง) สารนั้นจะเปลี่ยนเป็นสีแดงก่อน แล้วจึงเปลี่ยนเป็นสีเหลือง ซึ่งจะเริ่มเรืองแสงด้วยแสงสีขาวและสีน้ำเงิน เมื่อสารได้รับความร้อนเช่นนี้ เราเรียกมันว่า "วัตถุสีดำ" และรังสีที่ได้ (ที่สารนั้นปล่อยออกมา) ก็คือ "รังสีจากร่างกายสีดำ"อย่างไรก็ตาม เราไม่สามารถอธิบายได้ว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นได้อย่างไรโดยใช้ทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า แต่ทฤษฎีควอนตัมของพลังค์อธิบายได้ดี
ทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคืออะไร
ทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นทฤษฎีทางเคมีที่พัฒนาโดย James Clark Maxwell ในปี 1864 ตามทฤษฎีนี้ มีหลายประเด็นเกี่ยวกับการแผ่รังสีที่ปล่อยออกมาจากสาร
จุดเหล่านี้มีดังนี้:
- พลังงานที่ปล่อยออกมาจากแหล่งใด ๆ อย่างต่อเนื่องในรูปของพลังงานที่เปล่งประกาย
- รังสีมีสองสนามที่แกว่งไปมาในแนวตั้งฉากกัน สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก สนามทั้งสองนี้ตั้งฉากกับเส้นทางของรังสี
- การแผ่รังสีมีลักษณะเป็นคลื่นและเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง เราเรียกมันว่ารังสีแม่เหล็กไฟฟ้า
- รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าเหล่านี้ไม่ต้องการการแพร่กระจาย
“คลื่น” ที่อธิบายไว้ในทฤษฎีนี้มีลักษณะหลายประการความยาวคลื่นของคลื่นคือระยะห่างระหว่างยอดหรือร่องน้ำสองอันที่ต่อเนื่องกันของคลื่น จำนวนคลื่นที่ผ่านจุดหนึ่งต่อวินาทีคือความถี่ของคลื่น ระยะทางเชิงเส้นที่คลื่นเคลื่อนที่ในหนึ่งวินาทีคือความเร็ว Wavenumber คือจำนวนคลื่นที่มีอยู่ในความยาวหนึ่งเซนติเมตร
รูปที่ 01: ความยาวของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
ด้วยทฤษฎีนี้ เราสามารถพัฒนาสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าได้ อย่างไรก็ตาม มีข้อจำกัดบางประการสำหรับทฤษฎีนี้ ข้อจำกัดเหล่านี้มีดังนี้:
- มันอธิบายรังสีสีดำไม่ได้
- และมันไม่ได้อธิบายเอฟเฟกต์ตาแมว
- มันอธิบายไม่ได้ว่าความจุความร้อนทำให้อุณหภูมิของของแข็งแปรผันอย่างไร
- ยิ่งไปกว่านั้น มันอธิบายสเปกตรัมเส้นของอะตอมไม่ได้
ทฤษฎีควอนตัมของพลังค์คืออะไร
ทฤษฎีควอนตัมของพลังค์เป็นทฤษฎีทางเคมีที่พัฒนาโดย Max Planck ในปี 1900 ทฤษฎีนี้เหมือนกับการปรับเปลี่ยนทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเพราะเราสามารถอธิบายสิ่งที่ทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไม่สามารถอธิบายได้ จุดสำคัญในทฤษฎีนี้มีดังนี้:
- พลังงานที่แผ่ออกมาหรือดูดซับอย่างไม่ต่อเนื่องเป็นแพ็กเก็ตพลังงาน ซึ่งเราเรียกว่าควอนตา
- พลังงานของแต่ละควอนตัมเท่ากับผลคูณของค่าคงที่พลังค์และความถี่ของการแผ่รังสี
- จำนวนพลังงานทั้งหมดที่สารปล่อยออกมาหรือดูดซับเป็นจำนวนเต็มของควอนตาเสมอ
ยิ่งไปกว่านั้น ทฤษฎีนี้อธิบายปรากฏการณ์ของการแผ่รังสีของวัตถุสีดำและผลกระทบของโฟโตอิเล็กทริกที่ทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไม่สามารถอธิบายได้ตามทฤษฎีนี้ เมื่อเราให้ความร้อนแก่สาร อะตอมของสารนั้นดูดซับพลังงานจากความร้อนและเริ่มการสั่นเพื่อปล่อยรังสี เมื่อเราให้ความร้อนกับสารมากขึ้น มันจะปล่อยรังสีออกมามากขึ้นเรื่อยๆ จากนั้นสารจะปล่อยรังสีที่มีความถี่ต่ำสุดของช่วงที่มองเห็นได้ซึ่งให้สีแดง รองลงมาคือสีเหลืองเป็นต้น
รูปที่ 02: Black Body Spectrum
เมื่อพิจารณาคำอธิบายของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริก อันดับแรกให้เราเข้าใจว่าเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกคืออะไร เมื่อการแผ่รังสีกระทบพื้นผิวของโลหะ จะทำให้เกิดการปล่อยอิเล็กตรอนในพื้นผิวของโลหะ นี่คือสิ่งที่เรียกว่าเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริก
รูปที่ 03: เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริก
ตามทฤษฎีควอนตัมของพลังค์ เมื่อแสงตกกระทบพื้นผิว ควอนตัมของการแผ่รังสีแสงจะให้พลังงานทั้งหมดแก่อิเล็กตรอนในพื้นผิว ดังนั้นอิเล็กตรอนจะถูกแยกออกจากพื้นผิวและพุ่งออกจากพื้นผิวหากรังสีตกกระทบมีพลังงานเท่ากับแรงดึงดูดระหว่างนิวเคลียสของอะตอมกับอิเล็กตรอน
ความแตกต่างระหว่างทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากับทฤษฎีควอนตัมของพลังค์คืออะไร
ทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นทฤษฎีในวิชาเคมีที่พัฒนาโดย James Clark Maxwell ในปี 1864 ในขณะที่ทฤษฎี Quantum ของ Planck เป็นทฤษฎีทางเคมีที่พัฒนาโดย Max Planck ในปี 1900 ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากับทฤษฎีควอนตัมของพลังค์คือ ทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไม่ได้อธิบายปรากฏการณ์การแผ่รังสีของวัตถุสีดำและเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริก ในขณะที่ทฤษฎีควอนตัมของพลังค์ไม่ได้อธิบายปรากฏการณ์การแผ่รังสีของวัตถุสีดำและเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกนอกจากนี้ ความแตกต่างอีกประการระหว่างทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากับทฤษฎีควอนตัมของพลังค์ก็คือ ตามทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า การแผ่รังสีจะต่อเนื่อง แต่ตามทฤษฎีควอนตัมของพลังค์ การแผ่รังสีจะไม่ต่อเนื่อง
อินโฟกราฟิกด้านล่างแสดงความแตกต่างระหว่างทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและทฤษฎีควอนตัมของพลังค์ในรูปแบบตาราง
สรุป – ทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากับทฤษฎีควอนตัมของพลังค์
ทั้งสองทฤษฎี ทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และ ทฤษฎีควอนตัม ของพลังค์ อธิบายพฤติกรรมของรังสีที่ปล่อยออกมาจากสสาร อย่างไรก็ตาม ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและทฤษฎีควอนตัมของพลังค์คือ ทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไม่ได้อธิบายปรากฏการณ์การแผ่รังสีของวัตถุสีดำและผลกระทบของโฟโตอิเล็กทริก ในขณะที่ทฤษฎีควอนตัมของพลังค์จะอธิบายปรากฏการณ์การแผ่รังสีวัตถุสีดำและเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริก