Je li svjetlost val ili čestica? Oboje je istodobno, a zapravo, isto vrijedi i za elektrone, kao što je Paul Dirac pokazao kada je predstavio svoju relativističku jednadžbu valne funkcije 1928. godine. Ispostavilo se da su svjetlost i materija - gotovo sve što čini materijalni svemir - sastavljene od kvanta, koji su čestice s valovitim karakteristikama.
Glavna orijentacija na putu do ovog iznenađujućeg (u to vrijeme) zaključka bilo je otkriće fotoelektričnog efekta Heinricha Hertza 1887. godine. Einstein je to objasnio u smislu kvantne teorije 1905. godine i od tada su to prihvatili fizičari, dok se svjetlost može ponašati kao čestica, to je čestica s karakterističnom valnom duljinom i frekvencijom, a te su količine povezane s energijom svjetlosti ili radijacija.
Max Planck povezao je valnu duljinu fotona s energijom
Jednadžba pretvarača valnih duljina dolazi od oca kvantne teorije, njemačkog fizičara Maxa Plancka. Oko 1900. godine predstavio je ideju kvanta dok je proučavao zračenje koje emitira crno tijelo, a to je tijelo koje apsorbira sve upadajuće zračenje.
Kvant je pomogao objasniti zašto takvo tijelo emitira zračenje uglavnom usred elektromagnetskog spektra, a ne ultraljubičasto kako je predviđala klasična teorija.
Planckovo objašnjenje postavilo je da se svjetlost sastoji od diskretnih paketa energije zvanih kvanti, ili fotoni i da je energija mogla poprimiti samo diskretne vrijednosti koje su višestruke od univerzalnih konstantno. Konstanta, koja se naziva Planckova konstanta, predstavljena je slovomh, a ima vrijednost 6,63 × 10-34 m2 kg / s ili ekvivalentno 6,63 × 10-34 džul-sekunde.
Planck je objasnio da energija fotona,E, proizvod je njegove učestalosti, koju uvijek predstavlja grčko slovo nu (ν) i ova nova konstanta. U matematičkom smislu:E = hν.
Budući da je svjetlost valni fenomen, možete Planckovu jednadžbu izraziti u smislu valne duljine, predstavljene grčkim slovom lambda (λ), jer je za bilo koji val brzina prijenosa jednaka frekvenciji pomnoženoj s valnom duljinom. Budući da je brzina svjetlosti konstanta, označava se sac, Planckova jednadžba može se izraziti kao:
E = \ frac {hc} {λ}
Jednadžba valne duljine u pretvorbu energije
Jednostavno preslagivanje Planckove jednadžbe daje vam kalkulator trenutnih valnih duljina za bilo koje zračenje, pod pretpostavkom da znate energiju zračenja. Formula valne duljine je:
λ = \ frac {hc} {E}
Obahicsu konstante, pa jednadžba valne duljine u pretvorbu energije u osnovi navodi da je valna duljina proporcionalna inverznoj energiji. Drugim riječima, zračenje duge valne duljine, koje je svjetlost prema crvenom kraju spektra, ima manje energije od one svjetlosti kratke valne duljine na ljubičastom kraju spektra.
Držite jedinice ravno
Fizičari mjere kvantnu energiju u različitim jedinicama. U SI sustavu najčešće energetske jedinice su džuli, ali su prevelike za procese koji se događaju na kvantnoj razini. Elektron-volt (eV) prikladnija je jedinica. To je energija potrebna za ubrzanje pojedinog elektrona kroz potencijalnu razliku od 1 volta i jednaka je 1,6 × 10-19 džula.
Najčešće jedinice valne duljine su anstremi (Å), gdje je 1 Å = 10-10 m. Ako znate energiju kvanta u elektron-voltima, najlakši način za dobivanje valne duljine u anstromima ili metrima je prvo pretvaranje energije u džul. Zatim ga možete uključiti izravno u Planckovu jednadžbu i pomoću 6,63 × 10-34 m2 kg / s za Planckovu konstantu (h) i 3 × 108 m / s za brzinu svjetlosti (c), možete izračunati valnu duljinu.