Zawartość
- Maksymalna długość fali fotonu związana z energią
- Równanie długości fali do energii
- Trzymaj swoje jednostki prosto
Czy światło jest falą czy cząsteczką? Jest to jednocześnie i faktycznie to samo dotyczy elektronów, jak wykazał Paul Dirac, gdy wprowadził swoje relatywistyczne równanie funkcji falowej w 1928 r. Jak się okazuje, światło i materia - właściwie wszystko, co składa się na wszechświat materialny - składa się z kwantów, które są cząsteczkami o charakterystyce falowej.
Ważnym punktem zwrotnym na drodze do tego zaskakującego (ówczesnego) wniosku było odkrycie efektu fotoelektrycznego przez Heinricha Hertza w 1887 r. Einstein wyjaśnił to w kategoriach teorii kwantowej w 1905 r. I od tego czasu fizycy zaakceptowali to, choć światło może zachowywać się jak cząstka, jest to cząstka o charakterystycznej długości fali i częstotliwości, a te wielkości są związane z energią światła lub promieniowania.
Maksymalna długość fali fotonu związana z energią
Równanie konwertera długości fali pochodzi od ojca teorii kwantów, niemieckiego fizyka Maxa Plancka. Około 1900 r. Wprowadził ideę kwantową, badając promieniowanie emitowane przez czarne ciało, które pochłania całe padające promieniowanie.
Kwant pomógł wyjaśnić, dlaczego takie ciało emituje promieniowanie głównie w środku spektrum elektromagnetycznego, a nie w ultrafiolecie, jak przewiduje klasyczna teoria.
Wyjaśnienie Plancka zakłada, że światło składa się z dyskretnych pakietów energii zwanych kwantami lub fotonami i że energia może przyjmować tylko dyskretne wartości, które są wielokrotnościami uniwersalnej stałej. Stała, zwana stałą Plancka, jest reprezentowana przez literę hi ma wartość 6,63 × 10-34 m2 kg / s lub równoważnie 6,63 × 10-34 dżul sekund.
Planck wyjaśnił, że energia fotonu, mi, był wynikiem jego częstotliwości, którą zawsze reprezentuje grecka litera nu (ν) i ta nowa stała. W kategoriach matematycznych: mi = hν.
Ponieważ światło jest zjawiskiem falowym, możesz wyrazić równanie Plancka w kategoriach długości fali, reprezentowanej przez grecką literę lambda (λ), ponieważ dla każdej fali prędkość transmisji jest równa jej częstotliwości razy jej długość fali. Ponieważ prędkość światła jest stała, oznaczona przez doRównanie Plancka można wyrazić jako:
E = frac {hc} {λ}Równanie długości fali do energii
Proste przegrupowanie równania Plancka daje natychmiastowy kalkulator długości fali dla dowolnego promieniowania, przy założeniu, że znasz energię promieniowania. Wzór na długość fali jest następujący:
λ = frac {hc} {E}Obie h i do są stałymi, więc równanie konwersji długości fali na energię zasadniczo stwierdza, że długość fali jest proporcjonalna do odwrotności energii. Innymi słowy, promieniowanie o długiej długości fali, które jest światłem w kierunku czerwonego końca widma, ma mniej energii niż światło o krótkiej długości fali na fioletowym końcu widma.
Trzymaj swoje jednostki prosto
Fizycy mierzą energię kwantową w różnych jednostkach. W układzie SI najbardziej powszechnymi jednostkami energii są dżule, ale są one zbyt duże, aby mogły przebiegać procesy zachodzące na poziomie kwantowym. Elektron-wolt (eV) jest wygodniejszą jednostką. Jest to energia wymagana do przyspieszenia pojedynczego elektronu poprzez różnicę potencjałów 1 wolta, a jego wartość wynosi 1,6 × 10-19 dżule.
Najpopularniejsze jednostki długości fali to strngstromy (Å), gdzie 1 Å = 10-10 m. Jeśli znasz energię kwantową w elektronowoltach, najłatwiejszym sposobem uzyskania długości fali w atomach lub metrach jest najpierw konwersja energii na dżule. Następnie możesz podłączyć go bezpośrednio do równania Plancka i używając 6,63 × 10-34 m2 kg / s dla stałej Plancka (h) i 3 × 108 m / s dla prędkości światła (do), możesz obliczyć długość fali.