¿Es la luz una onda o una partícula? Es ambos al mismo tiempo, y en realidad, lo mismo es cierto para los electrones, como demostró Paul Dirac cuando introdujo su ecuación de función de onda relativista en 1928. Resulta que la luz y la materia, prácticamente todo lo que compone el universo material, está compuesto de cuantos, que son partículas con características de onda.
Un hito importante en el camino hacia esta sorprendente (en ese momento) conclusión fue el descubrimiento del efecto fotoeléctrico por Heinrich Hertz en 1887. Einstein lo explicó en términos de teoría cuántica en 1905, y desde entonces, los físicos han aceptado que, si bien la luz puede comportarse como un partícula, es una partícula con una longitud de onda y frecuencia característica, y estas cantidades están relacionadas con la energía de la luz o radiación.
Longitud de onda máxima del fotón relacionada con Planck a energía
La ecuación del convertidor de longitud de onda proviene del padre de la teoría cuántica, el físico alemán Max Planck. Hacia 1900, introdujo la idea del cuanto mientras estudiaba la radiación emitida por un cuerpo negro, que es un cuerpo que absorbe toda la radiación incidente.
El cuanto ayudó a explicar por qué un cuerpo así emite radiación principalmente en el medio del espectro electromagnético, y no en el ultravioleta, como predice la teoría clásica.
La explicación de Planck postuló que la luz consiste en paquetes discretos de energía llamados cuantos, o fotones, y que la energía sólo podía tomar valores discretos, que eran múltiplos de un universal constante. La constante, llamada constante de Planck, está representada por la letrahy tiene un valor de 6,63 × 10-34 metro2 kg / so equivalentemente 6,63 × 10-34 julios-segundos.
Planck explicó que la energía de un fotón,mi, era el producto de su frecuencia, que siempre está representada por la letra griega nu (ν) y esta nueva constante. En términos matemáticos:mi = hν.
Dado que la luz es un fenómeno ondulatorio, puede expresar la ecuación de Planck en términos de longitud de onda, representada por la letra griega lambda (λ), porque para cualquier onda, la velocidad de transmisión es igual a su frecuencia multiplicada por su longitud de onda. Dado que la velocidad de la luz es una constante, denotada porC, La ecuación de Planck se puede expresar como:
E = \ frac {hc} {λ}
Ecuación de conversión de longitud de onda a energía
Una simple reordenación de la ecuación de Planck le brinda una calculadora instantánea de longitud de onda para cualquier radiación, asumiendo que conoce la energía de la radiación. La fórmula de la longitud de onda es:
λ = \ frac {hc} {E}
Ambas cosashyCson constantes, por lo que la ecuación de conversión de longitud de onda a energía básicamente establece que la longitud de onda es proporcional a la inversa de la energía. En otras palabras, la radiación de longitud de onda larga, que es la luz hacia el extremo rojo del espectro, tiene menos energía que la luz de longitud de onda corta en el extremo violeta del espectro.
Mantenga sus unidades rectas
Los físicos miden la energía cuántica en una variedad de unidades. En el sistema SI, las unidades de energía más comunes son los julios, pero son demasiado grandes para los procesos que ocurren a nivel cuántico. El electrón-voltio (eV) es una unidad más conveniente. Es la energía requerida para acelerar un solo electrón a través de una diferencia de potencial de 1 voltio, y es igual a 1.6 × 10-19 julios.
Las unidades más comunes de longitud de onda son ångstroms (Å), donde 1 Å = 10-10 metro. Si conoce la energía de un cuanto en electronvoltios, la forma más fácil de obtener la longitud de onda en ångstroms o metros es convertir primero la energía en julios. Luego puede conectarlo directamente a la ecuación de Planck y usar 6.63 × 10-34 metro2 kg / s para la constante de Planck (h) y 3 × 108 m / s para la velocidad de la luz (C), puede calcular la longitud de onda.