La diferencia clave entre la teoría de la onda electromagnética y la teoría cuántica de Planck es que la teoría de la onda electromagnética no explica los fenómenos de radiación de cuerpo negro y el efecto fotoeléctrico, mientras que la teoría cuántica de Planck sí explica los fenómenos de radiación de cuerpo negro y el efecto fotoeléctrico.
Si calentamos una sustancia (que tiene un punto de fusión alto), primero se vuelve de color rojo, luego se convierte en un color amarillo, que luego comienza a brillar con luz blanca y azul. Una vez que la sustancia se calienta de esta manera, la llamamos "cuerpo negro" y la radiación resultante (que emite la sustancia) es "radiación de cuerpo negro". Sin embargo, no podemos explicar cómo sucede esto utilizando la teoría de ondas electromagnéticas, pero la teoría cuántica de Planck lo explica bien.
¿Qué es la teoría de las ondas electromagnéticas?
La teoría de las ondas electromagnéticas es una teoría química desarrollada por James Clark Maxwell en 1864. Según esta teoría, hay varios puntos sobre la radiación emitida por una sustancia.
Estos puntos son los siguientes:
- La energía se emite desde cualquier fuente continuamente en forma de energía radiante.
- La radiación tiene dos campos que oscilan perpendiculares entre sí; campo eléctrico y campo magnético. Ambos campos son perpendiculares a la trayectoria de la radiación.
- La radiación tiene características de onda y viaja a la velocidad de la luz. Lo llamamos radiación electromagnética.
- Esta radiación electromagnética no requiere materia para propagarse.
La “onda” descrita en esta teoría tiene varias características. La longitud de onda de la onda es la distancia entre dos crestas o valles consecutivos de la onda. El número de ondas que pasan por un punto por segundo es la frecuencia de la onda. La distancia lineal que recorre la onda por segundo es la velocidad. Wavenumber es el número de ondas presentes en un centímetro de longitud.
Figura 01: Longitud de onda electromagnética
Usando esta teoría, podemos desarrollar el espectro electromagnético. Sin embargo, hay algunas limitaciones a esta teoría. Estas limitaciones son las siguientes:
- No puede explicar la radiación del cuerpo negro.
- Y no explica el efecto fotoeléctrico.
- No se puede explicar cómo la capacidad calorífica varía la temperatura de los sólidos.
- Además, no puede explicar los espectros lineales de los átomos.
¿Qué es la teoría cuántica de Planck?
La teoría cuántica de Planck es una teoría química desarrollada por Max Planck en 1900. Esta teoría es como una modificación de la teoría de las ondas electromagnéticas porque podemos explicar las cosas que la teoría de las ondas electromagnéticas no podía explicar. Los puntos importantes de esta teoría son los siguientes:
- La energía radiante se emite o absorbe de forma discontinua como paquetes de energía, a los que llamamos cuantos.
- La energía de cada cuanto es igual al producto de la constante de Planck y la frecuencia de la radiación.
- Siempre la cantidad total de energía que emite o absorbe una sustancia es un número entero de cuantos.
Además, esta teoría explicaba el fenómeno de la radiación del cuerpo negro y el efecto fotoeléctrico que la teoría de las ondas electromagnéticas no lograba explicar. Según esta teoría, cuando calentamos una sustancia, los átomos de esa sustancia absorben energía del calor y comienzan a oscilar para emitir radiación; cuando calentamos más la sustancia, emite más y más radiación. Luego, la sustancia emite radiación con la frecuencia más baja del rango visible que da color rojo, y la siguiente es de color amarillo y así sucesivamente.
Figura 02: Espectro de cuerpo negro
Al considerar la explicación del efecto fotoeléctrico, primero comprendamos qué es un efecto fotoeléctrico. Cuando la radiación golpea la superficie de un metal, provoca la emisión de electrones en la superficie del metal. Esto es lo que llamamos efecto fotoeléctrico.
Figura 03: Efecto fotoeléctrico
Según la teoría cuántica de Planck, cuando la luz incide sobre una superficie, los cuantos de la radiación luminosa ceden toda su energía a los electrones de la superficie. Por lo tanto, los electrones se desprenden de la superficie y son expulsados de la superficie si la radiación incidente tiene una energía igual a la fuerza de atracción entre el núcleo atómico y el electrón.
¿Cuál es la diferencia entre la teoría de ondas electromagnéticas y la teoría cuántica de Planck?
La teoría de las ondas electromagnéticas es una teoría química desarrollada por James Clark Maxwell en 1864, mientras que la teoría cuántica de Planck es una teoría química desarrollada por Max Planck en 1900. La diferencia clave entre la teoría de las ondas electromagnéticas y la teoría cuántica de Planck es que la La teoría de ondas electromagnéticas no explica los fenómenos de radiación de cuerpo negro y el efecto fotoeléctrico, mientras que la teoría cuántica de Planck sí explica los fenómenos de radiación de cuerpo negro y el efecto fotoeléctrico. Además, otra diferencia entre la teoría de las ondas electromagnéticas y la teoría cuántica de Planck es que, según la teoría de las ondas electromagnéticas, la radiación es continua pero, según la teoría cuántica de Planck, la radiación es discontinua.
La siguiente infografía presenta la diferencia entre la teoría de ondas electromagnéticas y la teoría cuántica de Planck en forma tabular.
Resumen: teoría de ondas electromagnéticas frente a teoría cuántica de Planck
Las dos teorías La teoría de la onda electromagnética y la teoría cuántica de Planck explican el comportamiento de la radiación emitida por una sustancia. Sin embargo, la diferencia clave entre la teoría de la onda electromagnética y la teoría cuántica de Planck es que la teoría de la onda electromagnética no explica los fenómenos de radiación del cuerpo negro y el efecto fotoeléctrico, mientras que la teoría cuántica de Planck explica los fenómenos de radiación del cuerpo negro y el efecto fotoeléctrico.
