Los fotones son pequeños paquetes de energía que exhiben un interesante comportamiento ondulatorio y de partículas. Los fotones son ondas electromagnéticas, como la luz visible o los rayos X, pero también se cuantifican en energía como partículas. La energía de un fotón es, por tanto, un múltiplo de una constante fundamental, llamada constante de Planck,h = 6.62607015 × 10-34 J s.
Calcular la energía de un fotón
Podemos calcular la energía de un fotón de dos formas. Si ya conoce la frecuencia,F, del fotón en Hz, luego use:
E = hf
Esta ecuación fue sugerida por primera vez por Max Planck, quien teorizó que la energía de los fotones está cuantificada. Por lo tanto, a veces esta ecuación de energía se denomina ecuación de Planck.
Otra forma de la ecuación de Planck usa la relación simple que
c = \ lambda f
dóndeλes la longitud de onda del fotón, yCes la velocidad de la luz, que es una constante y es 2.998 × 108 Sra. Si conoce la frecuencia del fotón, puede calcular fácilmente la longitud de onda mediante la siguiente fórmula:
\ lambda = \ frac {c} {f}
Ahora podemos calcular la energía de un fotón mediante cualquiera de las versiones de la ecuación de Planck:
E = hf \ text {o} E = \ frac {hc} {\ lambda}
A menudo utilizamos las unidades de eV, o electronvoltios, como unidades de energía fotónica, en lugar de julios. Puedes usarh = 4.1357 × 10-15 eV s, lo que da como resultado una escala de energía más razonable para los fotones.
¿Qué fotones son más energéticos?
La fórmula hace que sea muy fácil ver cómo la energía depende de la frecuencia y longitud de onda de un fotón. Veamos cada una de las fórmulas que se muestran arriba y veamos qué implican sobre la física de los fotones.
Primero, porque la longitud de onda y la frecuencia siempre se multiplican para igualar una constante, si el fotón A tiene una frecuencia que es dos veces la del fotón B, la longitud de onda del fotón A debe ser 1/2 de la longitud de onda de fotón B.
En segundo lugar, puede aprender mucho sobre cómo la frecuencia de un fotón puede proporcionar una idea relativa de su energía. Por ejemplo, dado que el fotón A tiene una frecuencia más alta que el fotón B, sabemos que tiene el doble de energía. En general, podemos ver que la energía se escala directamente con la frecuencia. De manera similar, debido a que la energía de un fotón está inversamente relacionada con su longitud de onda, si el fotón A tiene una longitud de onda más corta que el fotón B, es nuevamente más energético.
Calculadora de energía fotónica simple
Puede resultar útil estimar rápidamente la energía de los fotones. Debido a que la relación entre la longitud de onda y la frecuencia de los fotones es tan simple, y la velocidad de la luz es aproximadamente 3 × 108 m / s, entonces, si conoce el orden de magnitud de la frecuencia o la longitud de onda del fotón, puede calcular fácilmente la otra cantidad.
La longitud de onda de la luz visible es aproximadamente 10 −8 metros, entonces
f = 3 \ times {\ frac {10 ^ 8} {10 ^ {- 7}} = 3 \ times 10 ^ {15} \ text {Hz}
Incluso puede olvidar el 3 si solo está tratando de obtener una estimación rápida de orden de magnitud. Siguiente, sihes de aproximadamente 4 × 10 −15 eV, entonces una estimación rápida de la energía de un fotón de luz visible es
E = 4 \ times 10 ^ {- 15} \ times 3 \ times 10 ^ {15} = 12 \ text {eV}
Ese es un buen número para recordar en caso de que desee averiguar rápidamente si un fotón está arriba o por debajo del rango visible, pero todo este procedimiento es una buena manera de hacer una estimación rápida del fotón energía. ¡El procedimiento rápido y fácil incluso podría considerarse una simple calculadora de energía de fotones!