Fotoni su mali paketići energije koji pokazuju zanimljivo ponašanje poput valova i čestica. Fotoni su elektromagnetski valovi, poput vidljive svjetlosti ili x-zraka, ali su također kvantizirani u energiji poput čestica. Energija fotona je dakle višekratnik temeljne konstante, koja se naziva Planckova konstanta,h = 6.62607015 × 10-34 J s.
Izračunajte energiju fotona
Energiju fotona možemo izračunati na dva načina. Ako već znate frekvenciju,f, fotona u Hz, a zatim upotrijebite:
E = hf
Ovu je jednadžbu prvi predložio Max Planck, teoretizirajući da se energija fotona kvantizira. Stoga se ponekad ova energetska jednadžba naziva Planckova jednadžba.
Drugi oblik Planckove jednadžbe koristi jednostavni odnos koji
c = \ lambda f
gdjeλje valna duljina fotona icje brzina svjetlosti, koja je konstanta i iznosi 2,998 × 108 m / s. Ako znate frekvenciju fotona, možete jednostavno izračunati valnu duljinu prema sljedećoj formuli:
\ lambda = \ frac {c} {f}
Sada možemo izračunati energiju fotona prema bilo kojoj verziji Planckove jednadžbe:
E = hf \ text {ili} E = \ frac {hc} {\ lambda}
Često koristimo jedinice eV ili elektronske volte kao jedinice za energiju fotona, umjesto džula. Možeš koristitih = 4.1357 × 10-15 eV s, što rezultira razumnijom energetskom skalom za fotone.
Koji su fotoni energičniji?
Formulom je vrlo lako vidjeti kako energija ovisi o frekvenciji i valnoj duljini fotona. Pogledajmo svaku od gore prikazanih formula i vidjet ćemo što ona podrazumijeva o fizici fotona.
Prvo, jer se valna duljina i frekvencija uvijek množe na jednaku konstantu, ako foton A ima a frekvencija koja je dva puta veća od fotona B, valna duljina fotona A mora biti 1/2 valne duljine foton B.
Drugo, možete puno naučiti o tome kako frekvencija fotona može pružiti relativnu predstavu o njegovoj energiji. Na primjer, budući da foton A ima veću frekvenciju od fotona B, znamo da je dvostruko energičniji. Općenito, možemo vidjeti da se energija skalira izravno s frekvencijom. Slično tome, budući da je energija fotona obrnuto povezana s njegovom valnom duljinom, ako foton A ima kraću valnu duljinu od fotona B, opet je energičniji.
Jednostavan kalkulator energije fotona
Moglo bi biti korisno brzo procijeniti energiju fotona. Budući da je veza između valne duljine i frekvencije fotona tako jednostavna, a brzina svjetlosti je otprilike 3 × 108 m / s, onda ako znate redoslijed veličine frekvencije ili valne duljine fotona, možete lako izračunati drugu veličinu.
Valna duljina vidljive svjetlosti je približno 10 −8 metara, dakle
f = 3 \ puta {\ frac {10 ^ 8} {10 ^ {- 7}} = 3 \ puta 10 ^ {15} \ text {Hz}
Možete čak i zaboraviti 3 ako samo pokušavate dobiti brzu procjenu veličine. Dalje, akohje oko 4 × 10 −15 eV, tada je brza procjena energije fotona vidljive svjetlosti
E = 4 \ puta 10 ^ {- 15} \ puta 3 \ puta 10 ^ {15} = 12 \ text {eV}
To je dobar broj za pamćenje u slučaju da želite brzo shvatiti je li foton iznad ili ispod vidljivog raspona, ali cijeli je ovaj postupak dobar način za brzu procjenu fotona energije. Brz i lagan postupak mogao bi se smatrati i jednostavnim kalkulatorom energije fotona!