Ist Licht eine Welle oder ein Teilchen? Es ist beides gleichzeitig, und tatsächlich gilt dasselbe für Elektronen, wie Paul Dirac 1928 demonstrierte, als er seine relativistische Wellenfunktionsgleichung vorstellte. Wie sich herausstellt, bestehen Licht und Materie – so ziemlich alles, was das materielle Universum ausmacht – aus Quanten, also Teilchen mit Welleneigenschaften.
Ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zu dieser (damals) überraschenden Schlussfolgerung war die Entdeckung des photoelektrischen Effekts durch Heinrich Hertz im Jahr 1887. Einstein erklärte es 1905 in Bezug auf die Quantentheorie, und seitdem haben Physiker akzeptiert, dass sich Licht zwar wie ein Teilchen, es ist ein Teilchen mit einer charakteristischen Wellenlänge und Frequenz, und diese Größen beziehen sich auf die Energie des Lichts oder Strahlung.
Max Planck bezieht Photonenwellenlänge auf Energie
Die Wellenlängenkonvertergleichung stammt vom Vater der Quantentheorie, dem deutschen Physiker Max Planck. Um 1900 führte er die Idee des Quantens ein, als er die Strahlung eines schwarzen Körpers untersuchte, der alle einfallende Strahlung absorbiert.
Das Quant half zu erklären, warum ein solcher Körper Strahlung hauptsächlich in der Mitte des elektromagnetischen Spektrums aussendet und nicht im Ultravioletten, wie dies von der klassischen Theorie vorhergesagt wird.
Plancks Erklärung postulierte, dass Licht aus diskreten Energiepaketen besteht, die Quanten genannt werden, oder Photonen, und dass die Energie nur diskrete Werte annehmen konnte, die Vielfache einer universellen Konstante. Die Konstante, auch Plancksche Konstante genannt, wird durch den Buchstaben dargestelltha, und hat einen Wert von 6,63 × 10-34 ich2 kg / s oder entsprechend 6,63 × 10-34 Joule-Sekunden.
Planck erklärte, dass die Energie eines Photons,E, war das Produkt seiner Häufigkeit, die immer durch den griechischen Buchstaben nu (ν) und diese neue Konstante. Mathematisch ausgedrückt:E = hν.
Da Licht ein Wellenphänomen ist, können Sie die Planck-Gleichung in Bezug auf die Wellenlänge ausdrücken, dargestellt durch den griechischen Buchstaben Lambda (λ), denn für jede Welle ist die Übertragungsgeschwindigkeit gleich ihrer Frequenz mal ihrer Wellenlänge. Da die Lichtgeschwindigkeit eine Konstante ist, bezeichnet mitc, kann die Planck-Gleichung ausgedrückt werden als:
E = \frac{hc}{λ}
Gleichung zur Umwandlung von Wellenlänge in Energie
Eine einfache Neuordnung der Planck-Gleichung gibt Ihnen einen sofortigen Wellenlängenrechner für jede Strahlung, vorausgesetzt, Sie kennen die Energie der Strahlung. Die Wellenlängenformel lautet:
= \frac{hc}{E}
Beidehaundcsind Konstanten, so dass die Wellenlängen-zu-Energie-Umwandlungsgleichung im Wesentlichen besagt, dass die Wellenlänge proportional zum Kehrwert der Energie ist. Mit anderen Worten, langwellige Strahlung, die Licht in Richtung des roten Endes des Spektrums ist, hat weniger Energie als kurzwelliges Licht am violetten Ende des Spektrums.
Halte deine Einheiten gerade
Physiker messen die Quantenenergie in verschiedenen Einheiten. Im SI-System sind die gebräuchlichsten Energieeinheiten Joule, aber sie sind zu groß für Prozesse, die auf Quantenebene ablaufen. Das Elektronenvolt (eV) ist eine bequemere Einheit. Es ist die Energie, die erforderlich ist, um ein einzelnes Elektron durch eine Potenzialdifferenz von 1 Volt zu beschleunigen, und entspricht 1,6 × 10-19 Joule.
Die gebräuchlichsten Einheiten für die Wellenlänge sind ångström (Å), wobei 1 Å = 10-10 m. Wenn Sie die Energie eines Quants in Elektronenvolt kennen, können Sie die Wellenlänge am einfachsten in orngström oder Metern ermitteln, indem Sie die Energie zuerst in Joule umrechnen. Sie können es dann direkt in die Planck-Gleichung einsetzen und 6,63 × 10. verwenden-34 ich2 kg/s für die Plancksche Konstante (ha) und 3 × 108 m/s für die Lichtgeschwindigkeit (c) können Sie die Wellenlänge berechnen.