Sisältö
- Max Planckin fotonin aallonpituus energiaan
- Aallonpituus energiamuunnosyhtälöön
- Pidä yksikkösi suorana
Onko valo aalto vai hiukkas? Se molemmat samanaikaisesti, ja tosiasiassa, sama pätee elektroneille, kuten Paul Dirac osoitti, kun hän esitteli relativistisen aaltofunktion yhtälönsä vuonna 1928. Kuten osoittautuu, valo ja aine - melkein kaikki, mikä aineellisen maailmankaikkeuden koostuu - koostuu kvanteista, jotka ovat hiukkasia, joilla on aalto-ominaisuudet.
Tärkeä virstanpylväs kohti tätä yllättävää (tuolloin) johtopäätöstä oli Heinrich Hertzin havaitsema fotoelektrinen vaikutus vuonna 1887. Einstein selitti sen kvantiteorian perusteella vuonna 1905, ja sittemmin fyysikot ovat hyväksyneet sen, että vaikka valo voi käyttäytyä hiukkasena, se on hiukkanen, jolla on ominainen aallonpituus ja -taajuus, ja nämä määrät liittyvät valon tai säteilyn energiaan.
Max Planckin fotonin aallonpituus energiaan
Aallonpituusmuuttajayhtälö tulee kvanttiteorian isältä, saksalaiselta fyysiköltä Max Planckilta. Vuodesta 1900 lähtien hän esitteli kvantti-idean tutkiessaan mustan ruumiin, joka on elin, joka absorboi kaikkeen tapahtuvaa säteilyä, säteilyä.
Kvanssi auttoi selittämään, miksi tällainen elin säteilee säteilyä enimmäkseen sähkömagneettisen spektrin keskellä, pikemminkin ultravioletissa kuin klassisen teoria ennustaa.
Plancks selitti, että valo koostuu erillisistä energiapaketeista, joita kutsutaan kvanteiksi tai fotoneiksi, ja että energia voi ottaa vain diskreetit arvot, jotka olivat universaalin vakion kerrannaisia. Vakio, jota kutsutaan Plancks-vakiona, esitetään kirjaimella h, ja sen arvo on 6,63 × 10-34 m2 kg / s tai vastaavasti 6,63 × 10-34 joule-sekuntia.
Planck selitti, että fotonin energia, E, oli sen taajuuden tulos, jota aina edustaa kreikkalainen kirjain nu (ν) ja tämä uusi vakio. Matemaattisesti: E = hν.
Koska valo on aalto-ilmiö, voit ilmaista Plancks-yhtälön aallonpituudella, jota edustaa kreikkalainen kirjain lambda (λ), koska millä tahansa aallolla lähetysnopeus on yhtä suuri kuin sen taajuus ja sen aallonpituus. Koska valon nopeus on vakio, jota merkitään C, Plancks-yhtälö voidaan ilmaista:
E = frac {hc} {λ}
Aallonpituus energiamuunnosyhtälöön
Plancks-yhtälön yksinkertainen uudelleenjärjestely antaa sinulle välittömän aallonpituuslaskurin mille tahansa säteilylle olettaen, että tiedät säteilyn energian. Aallonpituuskaava on:
λ = frac {hc} {E}molemmat h ja C ovat vakioita, joten aallonpituuden energiamuunnosyhtälö toteaa periaatteessa, että aallonpituus on verrannollinen energian käänteiseen suuntaan. Toisin sanoen pitkällä aallonpituussäteilyllä, joka on kevyttä kohti spektrin punaista päätä, on vähemmän energiaa kuin lyhyen aallonpituuden valolla spektrin violettipäässä.
Pidä yksikkösi suorana
Fyysikot mittaavat kvantienergiaa useissa yksiköissä. SI-järjestelmässä yleisimmät energiayksiköt ovat jouleja, mutta ne ovat liian suuria kvantitasolla tapahtuville prosesseille. Elektronivoltti (eV) on kätevämpi yksikkö. Sen energia, joka tarvitaan yhden elektronin kiihdyttämiseen 1 voltin potentiaalieroon, ja se on yhtä suuri kuin 1,6 × 10-19 joulea.
Aallonpituuden yleisimmät yksiköt ovat ångströmit (Å), joissa 1 Å = 10-10 m. Jos tiedät kvantin energian elektronivoltteina, helpoin tapa saada aallonpituus ångströmeinä tai metreinä on muuntaa ensin energia jouleiksi. Voit sitten kytkeä sen suoraan Plancks-yhtälöön ja käyttämällä 6,63 × 10-34 m2 kg / s Plancks vakiona (h) ja 3 x 108 m / s valon nopeudelle (C), voit laskea aallonpituuden.