Фотоните са малки пакетчета енергия, които проявяват интересно поведение, подобно на вълната и частиците. И двете фотони са електромагнитни вълни, като видима светлина или рентгенови лъчи, но също така се квантуват в енергия като частици. Следователно енергията на фотона е кратна на основната константа, наречена константа на Планк,з = 6.62607015 × 10-34 J s.
Изчислете енергията на фотон
Можем да изчислим енергията на фотона по два начина. Ако вече знаете честотата,е, на фотона в Hz, след това използвайте:
E = hf
Това уравнение беше предложено за първи път от Макс Планк, който предположи, че фотонната енергия се квантува. Следователно, понякога това енергийно уравнение се нарича уравнение на Планк.
Друга форма на уравнението на Планк използва простата връзка, която
c = \ ламбда f
къдетоλе дължината на вълната на фотона и° Се скоростта на светлината, която е константа и е 2.998 × 108 Госпожица. Ако знаете честотата на фотона, можете лесно да изчислите дължината на вълната по следната формула:
\ lambda = \ frac {c} {f}
Сега можем да изчислим енергията на фотон чрез всяка от версиите на уравнението на Планк:
E = hf \ text {или} E = \ frac {hc} {\ lambda}
Често използваме мерните единици eV или електронволта като единици за фотонна енергия, вместо джаули. Можеш да използвашз = 4.1357 × 10-15 eV s, което води до по-разумна енергийна скала за фотони.
Кои фотони са по-енергични?
Формулата прави много лесно да се види как енергията зависи от честотата и дължината на вълната на фотона. Нека да разгледаме всяка от формулите, показани по-горе, и да видим какво означават те за физиката на фотоните.
Първо, защото дължината на вълната и честотата винаги се умножават до равна константа, ако фотон А има a честота, която е два пъти по-голяма от тази на фотон В, дължината на вълната на фотона А трябва да бъде 1/2 от дължината на вълната на фотон Б.
Второ, можете да научите много за това как честотата на фотона може да даде относителна представа за неговата енергия. Например, тъй като фотон А има по-висока честота от фотон В, знаем, че е два пъти по-енергичен. Като цяло можем да видим, че енергията се мащабира директно с честота. По подобен начин, тъй като енергията на фотона е обратно свързана с дължината на вълната, ако фотон А има по-къса дължина на вълната от фотон В, той отново е по-енергичен.
Прост калкулатор за енергия на фотони
Може да е полезно бързо да се оцени енергията на фотоните. Тъй като връзката между дължината на вълната на фотоните и честотата е толкова проста и скоростта на светлината е приблизително 3 × 108 m / s, тогава ако знаете реда на величината или на честотата, или на дължината на вълната на фотона, можете лесно да изчислите другото количество.
Дължината на вълната на видимата светлина е приблизително 10 −8 метра, така че
f = 3 \ пъти {\ frac {10 ^ 8} {10 ^ {- 7}} = 3 \ по 10 ^ {15} \ текст {Hz}
Можете дори да забравите трите, ако просто се опитвате да получите бърза оценка на величината. След това, акозе около 4 × 10 −15 eV, тогава е бърза оценка за енергията на фотон с видима светлина
E = 4 \ по 10 ^ {- 15} \ по 3 \ по 10 ^ {15} = 12 \ text {eV}
Това е добро число, което трябва да запомните, в случай че искате бързо да разберете дали фотонът е над или под видимия диапазон, но цялата тази процедура е добър начин за бърза оценка на фотона енергия. Бързата и лесна процедура може дори да се счита за прост калкулатор на фотонна енергия!