La lumière est-elle une onde ou une particule? C'est les deux à la fois, et en fait, c'est la même chose pour les électrons, comme l'a démontré Paul Dirac lorsqu'il a présenté son équation de fonction d'onde relativiste en 1928. Il s'avère que la lumière et la matière – à peu près tout ce qui compose l'univers matériel – sont composées de quanta, qui sont des particules ayant des caractéristiques ondulatoires.
Un jalon majeur sur la route de cette conclusion surprenante (à l'époque) fut la découverte de l'effet photoélectrique par Heinrich Hertz en 1887. Einstein l'a expliqué en termes de théorie quantique en 1905, et depuis lors, les physiciens ont accepté que, bien que la lumière puisse se comporter comme un particule, c'est une particule avec une longueur d'onde et une fréquence caractéristiques, et ces quantités sont liées à l'énergie de la lumière ou radiation.
Longueur d'onde photonique liée à Max Planck à l'énergie
L'équation du convertisseur de longueur d'onde vient du père de la théorie quantique, le physicien allemand Max Planck. Vers 1900, il introduit l'idée du quantum en étudiant le rayonnement émis par un corps noir, qui est un corps qui absorbe tout rayonnement incident.
Le quantum a aidé à expliquer pourquoi un tel corps émet un rayonnement principalement au milieu du spectre électromagnétique, plutôt que dans l'ultraviolet comme le prédit la théorie classique.
L'explication de Planck postule que la lumière est constituée de paquets d'énergie discrets appelés quanta, ou photons, et que l'énergie ne pouvait prendre que des valeurs discrètes, multiples d'un constant. La constante, appelée constante de Planck, est représentée par la lettreh, et a une valeur de 6,63 × 10-34 m2 kg / s ou équivalent 6,63 × 10-34 joule-secondes.
Planck a expliqué que l'énergie d'un photon,E, était le produit de sa fréquence, qui est toujours représentée par la lettre grecque nu (ν) et cette nouvelle constante. En termes mathématiques :E = hν.
La lumière étant un phénomène ondulatoire, vous pouvez exprimer l'équation de Planck en termes de longueur d'onde, représentée par la lettre grecque lambda (λ), car pour toute onde, la vitesse de transmission est égale à sa fréquence multipliée par sa longueur d'onde. La vitesse de la lumière étant une constante, notéec, l'équation de Planck peut être exprimée par :
E = \frac{hc}{λ}
Équation de conversion de la longueur d'onde en énergie
Un simple réarrangement de l'équation de Planck vous donne un calculateur de longueur d'onde instantané pour tout rayonnement, en supposant que vous connaissiez l'énergie du rayonnement. La formule de longueur d'onde est :
= \frac{hc}{E}
Tous les deuxhetcsont des constantes, donc l'équation de conversion de la longueur d'onde en énergie indique essentiellement que la longueur d'onde est proportionnelle à l'inverse de l'énergie. En d'autres termes, le rayonnement à longue longueur d'onde, qui est la lumière vers l'extrémité rouge du spectre, a moins d'énergie que la lumière à courte longueur d'onde sur l'extrémité violette du spectre.
Gardez vos unités droites
Les physiciens mesurent l'énergie quantique dans une variété d'unités. Dans le système SI, les unités d'énergie les plus courantes sont les joules, mais elles sont trop grandes pour les processus qui se produisent au niveau quantique. L'électron-volt (eV) est une unité plus pratique. C'est l'énergie nécessaire pour accélérer un seul électron à travers une différence de potentiel de 1 volt, et elle est égale à 1,6 × 10-19 joules.
Les unités de longueur d'onde les plus courantes sont les ngstroms (Å), où 1 = 10-10 m. Si vous connaissez l'énergie d'un quantum en électron-volts, le moyen le plus simple d'obtenir la longueur d'onde en ngstroms ou en mètres est de convertir d'abord l'énergie en joules. Vous pouvez ensuite le brancher directement dans l'équation de Planck, et en utilisant 6,63 × 10-34 m2 kg/s pour la constante de Planck (h) et 3 × 108 m/s pour la vitesse de la lumière (c), vous pouvez calculer la longueur d'onde.