الفوتونات عبارة عن حزم صغيرة من الطاقة ، والتي تُظهر سلوكًا شبيهًا بالموجة والجسيمات. الفوتونات عبارة عن موجات كهرومغناطيسية ، مثل الضوء المرئي ، أو الأشعة السينية ، ولكنها أيضًا مُكمَّمة في طاقة مثل الجسيمات. وبالتالي فإن طاقة الفوتون هي مضاعف ثابت أساسي يسمى ثابت بلانك ،ح = 6.62607015 × 10-34 ي.
احسب طاقة الفوتون
يمكننا حساب طاقة الفوتون بطريقتين. إذا كنت تعرف التردد بالفعل ،F، للفوتون بالهرتز ، ثم استخدم:
E = hf
اقترح ماكس بلانك هذه المعادلة لأول مرة ، حيث افترض أن طاقة الفوتون مكمَّمة. لذلك ، في بعض الأحيان يشار إلى معادلة الطاقة هذه بمعادلة بلانك.
شكل آخر من معادلة بلانك يستخدم العلاقة البسيطة التي
ج = \ لامدا ف
أينλهو الطول الموجي للفوتون وجهي سرعة الضوء ، وهي ثابتة تساوي 2.998 × 108 آنسة. إذا كنت تعرف تردد الفوتون ، يمكنك بسهولة حساب الطول الموجي بالصيغة التالية:
\ lambda = \ frac {c} {f}
يمكننا الآن حساب طاقة الفوتون بأيٍّ من صيغتي معادلة بلانك:
E = hf \ text {or} E = \ frac {hc} {\ lambda}
غالبًا ما نستخدم وحدات eV أو إلكترون فولت كوحدات لطاقة الفوتون بدلاً من الجول. يمكنك استخدامح = 4.1357 × 10-15 eV s ، مما ينتج عنه مقياس طاقة أكثر منطقية للفوتونات.
ما هي الفوتونات الأكثر نشاطا؟
تجعل الصيغة من السهل جدًا رؤية كيف تعتمد الطاقة على تردد وطول موجة الفوتون. دعنا نلقي نظرة على كل من الصيغ الموضحة أعلاه ، ونرى ما تشير إليه في فيزياء الفوتونات.
أولاً ، لأن الطول الموجي والتردد يتكاثران دائمًا ليساويان ثابتًا ، إذا كان للفوتون أ أ التردد الذي يساوي ضعف طول الفوتون B ، يجب أن يكون الطول الموجي للفوتون A 1/2 من الطول الموجي لـ الفوتون ب.
ثانيًا ، يمكنك أن تتعلم الكثير عن كيف يمكن لتردد الفوتون أن يوفر فكرة نسبية عن طاقته. على سبيل المثال ، نظرًا لأن الفوتون A له تردد أعلى من الفوتون B ، فإننا نعلم أنه ذو طاقة مضاعفة. بشكل عام ، يمكننا أن نرى أن الطاقة تتناسب مع التردد مباشرة. وبالمثل ، نظرًا لأن طاقة الفوتون مرتبطة عكسيًا بطول موجته ، إذا كان للفوتون A طول موجي أقصر من الفوتون B ، فهو مرة أخرى أكثر نشاطًا.
بسيطة حاسبة الطاقة الفوتون
قد يكون من المفيد تقدير طاقة الفوتون بسرعة. لأن العلاقة بين الطول الموجي للفوتون والتردد بسيطة للغاية ، وسرعة الضوء تقارب 3 × 108 م / ث ، إذا كنت تعرف ترتيب مقدار التردد أو الطول الموجي للفوتون ، فيمكنك بسهولة حساب الكمية الأخرى.
يبلغ الطول الموجي للضوء المرئي حوالي 10 −8 متر لذلك
f = 3 \ times {\ frac {10 ^ 8} {10 ^ {- 7}} = 3 \ مرات 10 ^ {15} \ text {Hz}
يمكنك حتى أن تنسى الثلاثة إذا كنت تحاول فقط الحصول على تقدير سريع للحجم. بعد ذلك ، إذاححوالي 4 × 10 −15 eV ، ثم تقدير سريع لطاقة فوتون الضوء المرئي
E = 4 \ مرات 10 ^ {- 15} \ مرات 3 \ مرات 10 ^ {15} = 12 \ نص {eV}
هذا رقم جيد يجب تذكره في حالة رغبتك في معرفة ما إذا كان الفوتون أعلى أو تحت النطاق المرئي ، لكن هذا الإجراء بأكمله طريقة جيدة لعمل تقدير سريع للفوتون طاقة. يمكن اعتبار الإجراء السريع والسهل آلة حاسبة بسيطة لطاقة الفوتون!