Footonid on väikesed energiapaketid, millel on huvitav lainelaadne ja osakestelaadne käitumine. Footonid on mõlemad elektromagnetlained, näiteks nähtav valgus või röntgenikiired, kuid neid kvantiseeritakse ka energiasarnaste osakestena. Seega on footoni energia mitmekordne põhikonstant, mida nimetatakse Plancki konstandiks,h = 6.62607015 × 10-34 J s.
Arvutage footoni energia
Saame footoni energiat arvutada kahel viisil. Kui teate juba sagedust,f, footoni sagedus Hz-des, seejärel kasutage:
E = hf
Selle võrrandi pakkus esmakordselt välja Max Planck, kes teoreetiliselt väitis, et footonenergia kvantitakse. Seetõttu nimetatakse seda energiavõrrandit mõnikord Plancki võrrandiks.
Plancki võrrandi teine vorm kasutab lihtsat seost
c = \ lambda f
kusλon footoni lainepikkus jacon valguskiirus, mis on konstant ja on 2,998 × 108 Prl. Kui teate footoni sagedust, saate lainepikkuse hõlpsalt arvutada järgmise valemi abil:
\ lambda = \ frac {c} {f}
Nüüd saame footoni energia arvutada Plancki võrrandi kummagi versiooni abil:
E = hf \ text {või} E = \ frac {hc} {\ lambda}
Tihti kasutame footonenergia ühikutena dioodi asemel eV ehk elektronvoltide ühikuid. Sa võid kasutadah = 4.1357 × 10-15 eV s, mille tulemuseks on footonite jaoks mõistlikum energiaskaala.
Millised footonid on energilisemad?
Valemi abil on väga lihtne mõista, kuidas energia sõltub footoni sagedusest ja lainepikkusest. Vaatame kõiki ülaltoodud valemeid ja vaatame, mida need footonite füüsika kohta tähendavad.
Esiteks seetõttu, et lainepikkus ja sagedus korrutatakse alati konstandiga, kui footonil A on a sagedus, mis on kaks korda suurem kui footon B, peab footoni A lainepikkus olema 1/2 lainepikkusest footon B.
Teiseks saate palju teada saada, kuidas footoni sagedus võib anda selle energiast suhteliselt ettekujutuse. Näiteks, kuna footonil A on sagedus kõrgem kui footonil B, teame, et see on kaks korda energeetiline. Üldiselt näeme, et energia ulatub otse sagedusega. Samamoodi, kuna footoni energia on pöördvõrdeline selle lainepikkusega, kui footonil A on lühem lainepikkus kui footonil B, on see jällegi energilisem.
Lihtne footonenergia kalkulaator
Kasuks võib tulla footoni energia kiire hindamine. Kuna footoni lainepikkuse ja sageduse suhe on nii lihtne ja valguse kiirus on umbes 3 × 108 m / s, siis kui teate kas footoni sageduse või lainepikkuse suurusjärku, saate hõlpsalt arvutada teise suuruse.
Nähtava valguse lainepikkus on umbes 10 −8 meetrit, nii et
f = 3 korda {\ frac {10 ^ 8} {10 ^ {- 7}} = 3 korda 10 ^ {15} \ tekst {Hz}
Võite isegi 3 unustada, kui proovite saada lihtsalt kiiret suurusjärgu hinnangut. Järgmine, kuihon umbes 4 × 10 −15 eV, siis on nähtava valguse footoni energia kiire hinnang
E = 4 \ korda 10 ^ {- 15} \ korda 3 \ korda 10 ^ {15} = 12 \ tekst {eV}
See on hea arv, mida peaksite meeles pidama, kui soovite kiiresti aru saada, kas footon on üle või üle allpool nähtavat vahemikku, kuid kogu see protseduur on hea viis footoni kiireks hindamiseks energia. Kiiret ja lihtsat protseduuri võiks pidada isegi lihtsaks footoni energiakalkulaatoriks!