Sisältö
Fotonit ovat pieniä energiapaketteja, joilla on mielenkiintoinen aaltomainen ja hiukkasmainen käyttäytyminen. Fotonit ovat molemmat sähkömagneettisia aaltoja, kuten näkyvä valo tai röntgensäteet, mutta myös kvantisoidaan energiassa kuten hiukkaset. Fotonin energia on siis perusvakion, nimeltään Plancksin vakio, monikerta, h = 6.62607015 × 10-34 J s _._
Laske fotonin energia
Voimme laskea fotonin energian kahdella tavalla. Jos tiedät jo taajuuden, f, sitten fotonin hertseinä, sitten E = hf. Tätä yhtälöä ehdotti ensin Max Planck, joka teorioi, että fotonienergia kvantisoidaan. Siksi toisinaan tätä energiayhtälöä kutsutaan Plancks-yhtälöksi.
Toinen Plancks-yhtälön muoto käyttää yksinkertaista suhdetta, joka C = λ f, missä λ on fotonin aallonpituus, ja C on valon nopeus, joka on vakio ja on 2,998 × 108 neiti. Jos tiedät fotonin taajuuden, voit helposti laskea aallonpituuden seuraavalla kaavalla: λ = C / f.
Nyt voimme laskea fotonin energian joko Plancks-yhtälön version avulla: E = hf tai E = hc / λ. Usein käytetään fotoneergian yksiköinä eV-yksiköitä eli elektronivoltta joulen sijasta. Voit käyttää h = 4.1357 × 10-15 eVs, mikä johtaa fotonien kohtuullisempaan energiaskaalaan.
Mitkä fotonit ovat energisempiä?
Kaavan avulla on erittäin helppo nähdä, kuinka energia riippuu fotonin taajuudesta ja aallonpituudesta. Katsotaan kaikki edellä esitetyt kaavat ja katsotaan mitä ne tarkoittavat fotonien fysiikkaan.
Ensinnäkin, koska aallonpituus ja taajuus kerrotaan aina vakiona, jos fotonin A taajuus on kaksi kertaa fotonin B taajuus, fotonin A aallonpituuden on oltava 1/2 fotonin B aallonpituudesta.
Toiseksi, voit oppia paljon siitä, kuinka fotonin taajuus voi antaa suhteellisen kuvan sen energiasta. Esimerkiksi, koska fotonilla A on korkeampi taajuus kuin fotonilla B, tiedämme, että se on kaksinkertainen energinen. Yleensä voimme nähdä, että energia asteikot suoraan taajuudella. Samoin, koska fotonin energia on käänteisesti verrattuna sen aallonpituuteen, jos fotonilla A on lyhyempi aallonpituus kuin fotonilla B, se on jälleen energinen.
Yksinkertainen fotonienergialaskin
Voi olla hyödyllistä arvioida fotonienergia nopeasti. Koska fotonin aallonpituuden ja taajuuden välinen suhde on niin yksinkertainen, ja valon nopeus on karkeasti 3 × 108 m / s, niin jos tiedät fotonin taajuuden tai aallonpituuden suuruusluokan, voit laskea toisen määrän helposti.
Näkyvän valon aallonpituus on noin 10 −8 metriä, niin f = 3 × (108 / 10 −7) = 3 × 1015 Hz. Voit jopa unohtaa 3, jos yrität vain saada nopeasti suuruusluokan arvio. Seuraava, E = hf, Niin jos h on noin 4 × 10 −15 eV, sitten nopea arvio näkyvän valon fotonin energialle on E = 4 × 10 −15× 3 × 1015, tai noin 12 eV.
Se on hyvä muistaa, jos haluat nopeasti selvittää, onko fotoni näkyvän alueen ylä- tai alapuolella, mutta tämä koko toimenpide on hyvä tapa arvioida nopeasti fotonienergiaa. Nopeaa ja helppoa menettelyä voidaan pitää jopa yksinkertaisena fotonienergialaskurina!