Kvantna teorija

Užarena čvrsta tijela i tekućine  emitiraju zrake koje daju  kontinuirani spektar, tj. zrake svih mogućih valnih duljina. Užareni plinovi daju linijski spektar, odnosno emitiraju zrake određene valne duljine. Određeni emisijski linijski spektar plinoviti tvari karakterističan je za kemijski element. Na temelju emisijskih spektara možemo identificirati i odrediti element u analiziranom uzorku. Ovu važnu metodu analitičke kemije nazivamo spektralnom analizom.

Intenzitet svih boja u spektru nije isti, ovisan je o temperaturi užarenog čvrstog tijela. Zagrijavanjem tijelo najprije postaje tamnocrveno, nakon toga žuto – crveno, pa zatim žuto i bijelo usijano. S porastom temperature pomiče se intenzitet boja zračenja prema kraćim valnim duljinama. Njemački fizičar M. PLANCK izveo je pokus s bolometrom (vrlo osjetljiv termalni detektor koji se koristi za detekciju i mjerenje zračene energije) i eksperimentalne podatke prikazao je u koordinatnom sustavu, te je dobio krivulje zračenja. Eksperimentalni podaci pokazali su kako je razdijeljena gustoća energije zračenja po intervalu valne duljine , uzduž kontinuiranog spektra mijenja ovisno o temperaturi. S porastom temperature tijela raste gustoća energije zračenja i maksimum zračenja (maksimum krivulje) pomiče se prema kraćim valnim duljinama.

Takva raspodjela energije u kontinuiranom spektru bila je u suprotnosti s kinetičkom teorijom topline. Jedna od osnovnih postavki teorije bila je da svaka molekula ili atom može primiti ili dati bilo koju količinu energije. Gustoća energije zračenja postiže pri određenoj valnoj duljini maksimum, a nakon toga naglo opada prema većim i manjim valnim duljinama. Postojanje maksimuma na krivulji zračenja pri određenoj valnoj duljini pokazuje, da  određenoj valnoj duljini odgovara određena količina energije. Kako maksimumi rastu s opadanjem valne duljine, odnosno s porastom broja titraja zračenja, količina energije zračenja proporcionalna je broju titraja.

Planck je postavio kvantnu teoriju diskontinuiranosti energije:

Užareno tijelo ne može emitirati ili apsorbirati energiju zračenja određene valne duljine u bilo kako malim količinama, već može emitirati ili apsorbirati samo višekratnik od određenog najmanjeg kvantuma energije zračenja, koji je za svaki broj titraja u sekundi različit i njemu proporcionalan. Najmanji kvant energije – atom energije dat je Planckovom jednadžbom:

U toj je jednadžbi E energija kvanta zračenja  s brojem titraja v, koja se emitira ili apsorbira, a h je konstanta proporcionalnosti. Konstanta h naziva se Planckovom konstantom ili Planckovim kvantom djelovanja i jedna je od temeljnih prirodnih konstanti.

Energija koju može zračiti ili apsorbirati neko tijelo jednaka je: