Fotony jsou malé balíčky energie, které vykazují zajímavé vlnové a částicové chování. Fotony jsou elektromagnetické vlny, jako je viditelné světlo nebo rentgenové záření, ale jsou také kvantizovány v energii jako částice. Energie fotonu je tedy násobkem základní konstanty, nazývané Planckova konstanta,h = 6.62607015 × 10-34 J s.
Vypočítejte energii fotonu
Energii fotonu můžeme vypočítat dvěma způsoby. Pokud již znáte frekvenci,F, fotonu v Hz, pak použijte:
E = hf
Tuto rovnici poprvé navrhl Max Planck, který se domníval, že energie fotonu je kvantována. Proto se někdy tato energetická rovnice označuje jako Planckova rovnice.
Jiná forma Planckovy rovnice využívá jednoduchý vztah
c = \ lambda f
kdeλje vlnová délka fotonu aCje rychlost světla, která je konstantní a je 2,998 × 108 slečna. Pokud znáte frekvenci fotonu, můžete snadno vypočítat vlnovou délku podle následujícího vzorce:
\ lambda = \ frac {c} {f}
Nyní můžeme vypočítat energii fotonu podle kterékoli verze Planckovy rovnice:
E = hf \ text {nebo} E = \ frac {hc} {\ lambda}
Často používáme jednotky eV neboli elektronvolty jako jednotky energie fotonů místo joulů. Můžeš použíth = 4.1357 × 10-15 eV s, což má za následek rozumnější energetické měřítko pro fotony.
Které fotony jsou energetičtější?
Podle vzorce je velmi snadné zjistit, jak energie závisí na frekvenci a vlnové délce fotonu. Podívejme se na každý z výše uvedených vzorců a podívejme se, co znamenají o fyzice fotonů.
Zaprvé proto, že vlnová délka a frekvence se vždy množí, aby se rovnaly konstantě, pokud má foton A a frekvence, která je dvakrát větší než foton B, musí být vlnová délka fotonu A 1/2 vlnové délky foton B.
Zadruhé se můžete dozvědět mnoho o tom, jak může frekvence fotonu poskytnout relativní představu o jeho energii. Například protože foton A má vyšší frekvenci než foton B, víme, že je dvakrát tak energetický. Obecně vidíme, že energie se přímo mění s frekvencí. Podobně, protože energie fotonu je nepřímo úměrná jeho vlnové délce, má-li foton A kratší vlnovou délku než foton B, je opět energičtější.
Jednoduchý fotonový energetický kalkulátor
Může být užitečné rychle odhadnout energii fotonu. Protože vztah mezi vlnovou délkou fotonu a frekvencí je tak jednoduchý a rychlost světla je zhruba 3 × 108 m / s, pak pokud znáte řádovou frekvenci frekvence nebo vlnové délky fotonu, můžete snadno vypočítat další veličinu.
Vlnová délka viditelného světla je přibližně 10 −8 metrů, tak
f = 3 \ krát {\ frac {10 ^ 8} {10 ^ {- 7}} = 3 \ krát 10 ^ {15} \ text {Hz}
Dokonce můžete zapomenout na 3, pokud se právě snažíte získat rychlý odhad velikosti. Dále, pokudhje asi 4 × 10 −15 eV, pak je rychlý odhad energie fotonu viditelného světla
E = 4 \ krát 10 ^ {- 15} \ krát 3 \ krát 10 ^ {15} = 12 \ text {eV}
To je dobré číslo, které si musíte pamatovat, pokud chcete rychle zjistit, zda je foton nad nebo pod viditelným rozsahem, ale celý tento postup je dobrým způsobem, jak rychle odhadnout foton energie. Rychlý a snadný postup lze dokonce považovat za jednoduchou kalkulačku fotonové energie!