Светлината вълна ли е или частица? И двете са едновременно и всъщност същото важи и за електроните, както демонстрира Пол Дирак, когато въведе своето уравнение на релативистката вълнова функция през 1928 година. Както се оказва, светлината и материята - почти всичко, което съставя материалната вселена - се състои от кванти, които са частици с вълнови характеристики.
Основна забележителност по пътя към това изненадващо (по това време) заключение е откриването на фотоелектрическия ефект от Хайнрих Херц през 1887 година. Айнщайн го обяснява по отношение на квантовата теория през 1905 г. и оттогава физиците приемат това, докато светлината може да се държи като частица, това е частица с характерна дължина и честота на вълната и тези величини са свързани с енергията на светлината или радиация.
Макс Планк, свързана с дължината на вълната на фотоните с енергия
Уравнението на преобразувателя на дължина на вълната идва от бащата на квантовата теория, немския физик Макс Планк. Около 1900 г. той въвежда идеята за кванта, докато изучава лъчението, излъчвано от черно тяло, което е тяло, което поглъща всички падащи лъчения.
Квантът помогна да се обясни защо такова тяло излъчва лъчение предимно в средата на електромагнитния спектър, а не в ултравиолетовите лъчи, както се предсказва от класическата теория.
Обяснението на Планк гласи, че светлината се състои от дискретни пакети енергия, наречени кванти, или фотони и че енергията може да приема само дискретни стойности, които са кратни на универсалната постоянна. Константата, наречена константа на Планк, е представена от букватаз, и има стойност 6,63 × 10-34 м2 kg / s или еквивалентно 6,63 × 10-34 джаул-секунди.
Планк обясни, че енергията на фотона,Е., е продукт на неговата честота, която винаги е представена с гръцката буква nu (ν) и тази нова константа. В математически план:Е. = hν.
Тъй като светлината е феномен на вълната, можете да изразите уравнението на Планк по отношение на дължината на вълната, представена от гръцката буква ламбда (λ), тъй като за всяка вълна скоростта на предаване е равна на нейната честота, умножена по дължината на вълната. Тъй като скоростта на светлината е константа, обозначена с° С, Уравнението на Планк може да бъде изразено като:
E = \ frac {hc} {λ}
Уравнение за преобразуване на дължината на вълната в енергия
Простото пренареждане на уравнението на Планк ви дава незабавен калкулатор на дължината на вълната за всяко излъчване, ако приемете, че знаете енергията на излъчването. Формулата за дължина на вълната е:
λ = \ frac {hc} {E}
И дветези° Сса константи, така че уравнението за преобразуване на дължината на вълната в енергия основно гласи, че дължината на вълната е пропорционална на обратната на енергията. С други думи, лъчението с дължина на вълната, което е светлина към червения край на спектъра, има по-малко енергия от тази светлина с къса дължина на виолетовия край на спектъра.
Дръжте единиците си прави
Физиците измерват квантовата енергия в различни единици. В системата SI най-често срещаните енергийни единици са джаулите, но те са твърде големи за процеси, които се случват на квантово ниво. Електрон-волтът (eV) е по-удобна единица. Това е енергията, необходима за ускоряване на единичен електрон през потенциална разлика от 1 волта, и е равна на 1,6 × 10-19 джаули.
Най-често срещаните единици за дължина на вълната са ангстромите (Å), където 1 Å = 10-10 м. Ако знаете енергията на кванта в електроволта, най-лесният начин да получите дължината на вълната в ангстроми или метри е първо да преобразувате енергията в джаули. След това можете да го включите директно в уравнението на Планк и използвайки 6,63 × 10-34 м2 kg / s за константата на Планк (з) и 3 × 108 m / s за скоростта на светлината (° С), можете да изчислите дължината на вълната.