Die Elektromagnetik beschäftigt sich mit dem Wechselspiel zwischen den Photonen, die Lichtwellen bilden, und den Elektronen, den Teilchen, mit denen diese Lichtwellen wechselwirken. Konkret haben Lichtwellen bestimmte universelle Eigenschaften, darunter eine konstante Geschwindigkeit, und emittieren auch Energie, wenn auch oft in sehr kleinem Maßstab.
Die grundlegende Energieeinheit in der Physik ist das Joule oder Newtonmeter. Die Lichtgeschwindigkeit in einem Vakuum beträgt 3 × 108 m/sec, und diese Geschwindigkeit ist ein Produkt aus der Frequenz einer beliebigen Lichtwelle in Hertz (der Anzahl der Lichtwellen oder Zyklen pro Sekunde) und der Länge ihrer einzelnen Wellen in Metern. Diese Beziehung wird normalerweise wie folgt ausgedrückt:
c=\nu \times \lambda
Dabei steht ν, der griechische Buchstabe nu, für die Frequenz und λ, der griechische Buchstabe Lambda, für die Wellenlänge.
Inzwischen, im Jahr 1900, schlug der Physiker Max Planck vor, dass die Energie einer Lichtwelle direkt ihrer Frequenz entspricht:
E=h\mal \nu
Hier ist h passenderweise als Plancksche Konstante bekannt und hat einen Wert von 6,626 × 10-34 Joule-Sek.
Zusammengenommen ermöglichen diese Informationen die Berechnung der Frequenz in Hertz bei gegebener Energie in Joule und umgekehrt.
Schritt 1: Auflösen nach Frequenz in Bezug auf Energie
Weil:
c=\nu \times \lambda\text{, }\nu=\frac{c}{\lambda}
wir bekommen
E=h\times \frac{c}{\lambda}
Schritt 2: Bestimmen Sie die Frequenz
Wenn Sie explizit ν erhalten, fahren Sie mit Schritt 3 fort. Wenn gegeben ist, dividiere c durch diesen Wert, um ν zu bestimmen.
Zum Beispiel, wenn λ = 1 × 10-6 m (nahe dem sichtbaren Lichtspektrum):
\nu =\frac{3\times 10^8}{1\times 10^{-6}}=3\times 10^{14}\text{ Hz}
Schritt 3: Nach Energie auflösen
Multiplizieren Sie die Plancksche Konstante h mit ν, um den Wert von E zu erhalten.
In diesem Beispiel:
E=6.626\times 10^{-34}\times 3\times 10^{14}=1.988\times 10^{-19}\text{J}
