Tartalom
- Max Planck a fotonhullámhossz és az energia kapcsolatához
- Hullámhossz és energiakonverziós egyenlet
- Tartsa egységeit egyenesen
A fény egy hullám vagy részecske? Mindkettő egyszerre, és valójában ugyanez igaz az elektronokra, amint azt Paul Dirac bemutatta, amikor 1928-ban bevezette a relativista hullámfüggvény egyenletét. Mint kiderült, a fény és az anyag - nagyjából minden, ami az anyagi univerzumot alkotja - kvantából áll, amelyek hullámjellemzőkkel bírnak.
Fontos mérföldkő a meglepő (abban az időben) következtetéshez vezető úton, hogy Heinrich Hertz 1887-ben fedezte fel a fotoelektromos hatást. Einstein ezt a kvantumelmélettel magyarázta meg 1905-ben, és azóta a fizikusok elfogadták, hogy viselkedhet részecskeként, ez egy jellemző hullámhosszú és frekvenciájú részecske, és ezek a mennyiségek a fény vagy a sugárzás energiájához kapcsolódnak.
Max Planck a fotonhullámhossz és az energia kapcsolatához
A hullámhossz-átalakító egyenlet a kvantumelmélet atyjától, a német fizikus Max Planck-től származik. 1900 körül bemutatta a kvantum elképzelését, miközben tanulmányozta a fekete test által kibocsátott sugárzást, amely test elnyeli az összes beeső sugárzást.
A kvantum megmagyarázta, hogy egy ilyen test miért sugároz sugárzást leginkább az elektromágneses spektrum közepén, inkább az ultraibolya sugárzásban, amint azt a klasszikus elmélet megjósolja.
Plancks magyarázata szerint a fény diszkrét energiacsomagokból áll, amelyeket kvantának vagy fotonnak neveznek, és hogy az energia csak olyan diszkrét értékeket tud felvenni, amelyek egy univerzális állandó többszörösei. A Plancks állandónak nevezett állandót betű jelöli h, értéke 6,63 × 10-34 m2 kg / s vagy azzal egyenértékűen 6,63 × 10-34 joule-másodpercre.
Planck elmagyarázta, hogy a foton energiája, E, a gyakorisága szorzata, amelyet mindig a görög nu betű képvisel (ν) és ez az új állandó. Matematikai szempontból: E = hv.
Mivel a fény egy hullám jelenség, kifejezheti a Plancks egyenlet hullámhosszát, amelyet a görög lambda betű képvisel (λ), mert bármely hullám esetén az átviteli sebesség megegyezik a frekvencia és a hullámhossz szorzata között. Mivel a fénysebesség állandó, a c, Plancks-egyenlet kifejezhető:
E = frac {hc} {λ}Hullámhossz és energiakonverziós egyenlet
A Plancks-egyenlet egyszerű átrendezése azonnali hullámhossz-számolót nyújt bármilyen sugárzáshoz, feltételezve, hogy ismeri a sugárzás energiáját. A hullámhossz formula:
λ = frac {hc} {E}Mindkét h és c konstansok, tehát a hullámhossz / energia konverziós egyenlet alapvetően azt állítja, hogy a hullámhossz arányos az energia inverzével. Más szavakkal, a hosszú hullámhosszú sugárzásnak, amely a spektrum vörös vége felé könnyű, kevesebb energiája van, mint a rövid hullámhosszú fénynek a spektrum lila végén.
Tartsa egységeit egyenesen
A fizikusok a kvantumenergiát különféle egységekben mérik. Az SI rendszerben a leggyakoribb energiaegységek a džaulok, de ezek túl nagyok a kvantumszintű folyamatokhoz. Az elektronvolt (eV) sokkal kényelmesebb egység. Az egyetlen elektron gyorsításához szükséges energia 1 volt feszültségkülönbségen keresztül és 1,6 × 10-19 joule.
A hullámhossz leggyakoribb egységei az ångstroms (Å), ahol 1 Å = 10-10 m. Ha ismeri a kvantum energiáját az elektronvoltokban, akkor a legegyszerűbb módszer a hullámhossz ångstromban vagy méterben történő megszerzése, ha először az energiát džaulokká konvertálja. Ezután közvetlenül csatlakoztathatja a Plancks-egyenlethez, és 6,63 × 10-et használhat-34 m2 kg / s Plancks-állandó esetén (h) és 3 × 108 m / s a fénysebességhez (c), kiszámolhatja a hullámhosszt.