Tartalom
A fotonok kis energiacsomagok, amelyek érdekes hullám- és részecskemű viselkedést mutatnak. A fotonok egyaránt elektromágneses hullámok, mint például a látható fény vagy a röntgen, de energiában, mint részecskékben is, kvantálva vannak. A foton energiája tehát egy alapkonstans többszöröse, az úgynevezett Plancks-állandó, h = 6.62607015 × 10-34 J s _._
Számolja ki a foton energiáját
Két módon kiszámolhatjuk a foton energiáját. Ha már ismeri a frekvenciát, f, a foton Hz-ben megadva, majd használja E = HF. Ezt az egyenletet először Max Planck javasolta, aki elmélete szerint a fotonenergia kvantált. Ezért néha ezt az energia-egyenletet Plancks-egyenletnek nevezik.
A Plancks-egyenlet egy másik formája az egyszerű összefüggést használja c = λ f, ahol λ a foton hullámhossza, és c a fénysebesség, amely állandó és 2,998 × 108 Kisasszony. Ha ismeri a foton frekvenciáját, akkor könnyen kiszámolhatja a hullámhosszt a következő képlet alapján: λ = c / f.
Most a Plancks egyenlet bármelyik változatával kiszámolhatjuk a foton energiáját: E = HF vagy E = hc / λ. Gyakran az eV mértékegységeket vagy elektronvolt használjuk fotonenergia-egységekként, a džaulák helyett. Te tudod használni h = 4.1357 × 10-15 eVs, ami a fotonok ésszerűbb energia skáláját eredményezi.
Melyik fotonok energikusabbak?
A képlet segítségével nagyon könnyen belátható, hogy az energia mennyiben függ a foton frekvenciájától és hullámhosszától. Nézzük meg a fenti képletek mindegyikét, és nézzük meg, mit jelent a fotonok fizikája.
Először is, mivel a hullámhossz és a frekvencia mindig egy konstansra szorozzuk, ha az A foton frekvenciája kétszerese a B fotonénak, az A foton hullámhosszának a B foton hullámhosszának a felének kell lennie.
Másodszor, sokat tanulhat arról, hogy a foton frekvenciája hogyan képes relatív képet adni energiájáról. Például, mivel az A foton frekvenciája magasabb, mint a B foton, tudjuk, hogy kétszer olyan energikus. Általánosságban láthatjuk, hogy az energia közvetlenül a frekvenciával skálázódik. Hasonlóképpen, mivel a foton energiája fordítottan kapcsolódik a hullámhosszához, ha az A foton rövidebb hullámhosszú, mint a B foton, akkor ez ismét energikusabb.
Egyszerű fotonenergia-kalkulátor
Hasznos lehet a fotonenergia gyors becslése. Mivel a foton hullámhossz és a frekvencia közötti kapcsolat annyira egyszerű, és a fénysebesség nagyjából 3 × 108 m / s, akkor ha ismeri a foton frekvenciájának vagy hullámhosszának nagyságrendjét, könnyen kiszámolhatja a másik mennyiséget.
A látható fény hullámhossza megközelítőleg 10 −8 méter, tehát f = 3 × (108 / 10 −7) = 3 × 1015 Hz. Azt is elfelejtheti a 3-at, ha csak egy nagysági sorrend becslésére törekszik. Következő, E = HF, Tehát, ha h körülbelül 4 × 10 −15 eV, akkor a látható fény fotonjának gyors becslése van E = 4 × 10 −15× 3 × 1015, vagy körülbelül 12 eV.
Jó számot kell megjegyezni arra az esetre, ha gyorsan meg akarja tudni, hogy egy foton a látható tartomány felett vagy alatt van-e, de ez az egész eljárás jó módszer a foton energia gyors becslésére. A gyors és könnyű eljárást akár egyszerű fotonenergia-kalkulátornak is tekinthetjük!