Fotoner er små energipakker, der udviser interessant bølgelignende og partikellignende opførsel. Fotoner er begge elektromagnetiske bølger, såsom synligt lys eller røntgenstråler, men kvantiseres også i energi som partikler. En fotones energi er derfor et multiplum af en grundlæggende konstant, kaldet Plancks konstant,h = 6.62607015 × 10-34 J s.
Beregn energien af en foton
Vi kan beregne energien af en foton på to måder. Hvis du allerede kender frekvensen,f, af fotonet i Hz, brug derefter:
E = hf
Denne ligning blev først foreslået af Max Planck, der teoretiserede, at foton energi er kvantiseret. Derfor kaldes denne ligning undertiden Plancks ligning.
En anden form for Plancks ligning bruger det enkle forhold, som
c = \ lambda f
hvorλer fotonens bølgelængde, ogcer lysets hastighed, som er konstant og er 2,998 × 108 Frk. Hvis du kender fotonets frekvens, kan du nemt beregne bølgelængden ved hjælp af følgende formel:
\ lambda = \ frac {c} {f}
Nu kan vi beregne energien af en foton ved hjælp af begge versioner af Plancks ligning:
E = hf \ text {eller} E = \ frac {hc} {\ lambda}
Ofte bruger vi enhederne eV eller elektronvolt som enhederne til foton energi i stedet for joule. Du kan brugeh = 4.1357 × 10-15 eV s, hvilket resulterer i en mere rimelig energiskala for fotoner.
Hvilke fotoner er mere energiske?
Formlen gør det meget let at se, hvordan energien afhænger af frekvensen og bølgelængden af et foton. Lad os se på hver af formlerne vist ovenfor og se, hvad de indebærer om fotonernes fysik.
For det første fordi bølgelængden og frekvensen altid multipliceres til at være lig med en konstant, hvis foton A har a frekvens, der er to gange så stor som foton B, skal bølgelængden af foton A være 1/2 af bølgelængden af foton B.
For det andet kan du lære meget om, hvordan frekvensen af et foton kan give en relativ idé om dets energi. For eksempel, da foton A har en højere frekvens end foton B, ved vi, at den er dobbelt så energisk. Generelt kan vi se, at energi skaleres direkte med frekvens. På samme måde, fordi energien i en foton er omvendt relateret til dens bølgelængde, hvis foton A har en kortere bølgelængde end foton B, er den igen mere energisk.
Enkel foton energi beregner
Det kan være nyttigt hurtigt at estimere fotonenergi. Fordi forholdet mellem fotonbølgelængde og frekvens er så simpelt, og lysets hastighed er omtrent 3 × 108 m / s, så hvis du kender størrelsesordenen for enten frekvensen eller bølgelængden af fotonet, kan du nemt beregne den anden størrelse.
Bølgelængden for synligt lys er ca. 10 −8 meter, så
f = 3 \ gange {\ frac {10 ^ 8} {10 ^ {- 7}} = 3 \ gange 10 ^ {15} \ tekst {Hz}
Du kan endda glemme de 3, hvis du bare prøver at få et hurtigt størrelsesoverslag. Næste, hvisher ca. 4 × 10 −15 eV, så er et hurtigt skøn for energien i et synligt lys foton
E = 4 \ gange 10 ^ {- 15} \ gange 3 \ gange 10 ^ {15} = 12 \ tekst {eV}
Det er et godt nummer at huske, hvis du hurtigt vil finde ud af, om en foton er over eller under det synlige område, men hele denne procedure er en god måde at lave et hurtigt skøn over foton energi. Den hurtige og nemme procedure kan endda betragtes som en simpel foton energi regnemaskine!