Zawartość
Fotony to małe pakiety energii, które wykazują interesujące zachowanie podobne do fal i cząstek. Fotony to zarówno fale elektromagnetyczne, takie jak światło widzialne lub promieniowanie rentgenowskie, ale także kwantowane pod względem energii jak cząstki. Energia fotonu jest zatem wielokrotnością stałej podstawowej, zwanej stałą Plancka, h = 6.62607015 × 10-34 J s _._
Oblicz energię fotonu
Możemy obliczyć energię fotonu na dwa sposoby. Jeśli znasz już częstotliwość, fafotonu w Hz, a następnie użyj mi = hf. Równanie to zostało po raz pierwszy zasugerowane przez Maxa Plancka, który teoretycznie skwantyzował energię fotonu. Dlatego czasami to równanie energii nazywa się równaniem Plancka.
Inna forma równania Plancka wykorzystuje prosty związek, który do = λ fa, gdzie λ jest długością fali fotonu, i do to prędkość światła, która jest stała i wynosi 2,998 × 108 m / s. Jeśli znasz częstotliwość fotonu, możesz łatwo obliczyć długość fali za pomocą następującego wzoru: λ = do / fa.
Teraz możemy obliczyć energię fotonu za pomocą dowolnej wersji równania Plancka: mi = hf lub mi = hc / λ. Często używamy jednostek eV lub woltów elektronów jako jednostek energii fotonowej zamiast dżuli. Możesz użyć h = 4.1357 × 10-15 eV, co skutkuje bardziej rozsądną skalą energii dla fotonów.
Które fotony są bardziej energiczne?
Ta formuła bardzo łatwo pokazuje, jak energia zależy od częstotliwości i długości fali fotonu. Przyjrzyjmy się każdej z powyższych formuł i zobaczmy, co implikuje fizyka fotonów.
Po pierwsze, ponieważ długość fali i częstotliwość zawsze mnożą się, aby być równym stałej, jeśli foton A ma częstotliwość dwa razy większą niż foton B, długość fali fotonu A musi wynosić 1/2 długości fali fotonu B.
Po drugie, możesz się wiele dowiedzieć o tym, jak częstotliwość fotonu może zapewnić względne wyobrażenie o jego energii. Na przykład, ponieważ foton A ma wyższą częstotliwość niż foton B, wiemy, że jest on dwukrotnie bardziej energetyczny. Ogólnie rzecz biorąc, widzimy, że energia skaluje się bezpośrednio z częstotliwością. Podobnie, ponieważ energia fotonu jest odwrotnie proporcjonalna do jego długości fali, jeśli foton A ma krótszą długość fali niż foton B, jest znowu bardziej energetyczny.
Prosty kalkulator energii fotonowej
Przydatne może być szybkie oszacowanie energii fotonu. Ponieważ związek między długością fali fotonu a częstotliwością jest tak prosty, a prędkość światła wynosi około 3 × 108 m / s, a jeśli znasz rząd wielkości albo częstotliwości, albo długości fali fotonu, możesz łatwo obliczyć drugą wielkość.
Długość fali światła widzialnego wynosi około 10 −8 metrów, więc fa = 3 × (108 / 10 −7) = 3 × 1015 Hz Możesz nawet zapomnieć o 3, jeśli tylko próbujesz szybko oszacować wielkość rzędu. Kolejny, mi = hf, więc jeśli h wynosi około 4 × 10 −15 eV, to szybkie oszacowanie energii fotonu światła widzialnego mi = 4 × 10 −15× 3 × 1015lub około 12 eV.
To dobra liczba do zapamiętania na wypadek, gdybyś chciał szybko dowiedzieć się, czy foton znajduje się powyżej lub poniżej widzialnego zakresu, ale cała ta procedura jest dobrym sposobem na szybkie oszacowanie energii fotonu. Szybką i łatwą procedurę można nawet uznać za prosty kalkulator energii fotonowej!