A fotonok kis energiacsomagok, amelyek érdekes hullámszerű és részecskeszerű viselkedést mutatnak. A fotonok egyaránt elektromágneses hullámok, például látható fény vagy röntgensugarak, de energiájukban is kvantáltak, mint a részecskék. A foton energiája tehát egy többszöröse egy alapvető állandónak, Planck állandójának,h = 6.62607015 × 10-34 J s.
Számítsa ki a foton energiáját
Kétféleképpen számíthatjuk ki a foton energiáját. Ha már ismeri a frekvenciát,fa foton Hz-ben, majd használja:
E = hf
Ezt az egyenletet először Max Planck javasolta, aki elmélete szerint a fotonenergia kvantált. Ezért néha ezt az energiaegyenletet Planck-egyenletnek nevezik.
Planck egyenletének egy másik formája azt az egyszerű összefüggést használja
c = \ lambda f
holλa foton hullámhossza, ésca fénysebesség, amely állandó és 2,998 × 108 Kisasszony. Ha ismeri a foton frekvenciáját, a következő képlettel könnyen kiszámíthatja a hullámhosszat:
\ lambda = \ frac {c} {f}
Most kiszámíthatjuk a foton energiáját Planck-egyenlet bármelyik változatával:
E = hf \ text {vagy} E = \ frac {hc} {\ lambda}
Gyakran a fotonenergia egységeként az eV, vagyis az elektronvolt egységeit használjuk joule helyett. Te tudod használnih = 4.1357 × 10-15 eV-k, ami ésszerűbb energiaskálát eredményez a fotonok számára.
Mely fotonok energikusabbak?
A képlet megkönnyíti annak megértését, hogy az energia hogyan függ a foton frekvenciájától és hullámhosszától. Nézzük meg a fenti képletek mindegyikét, és nézzük meg, mit jelentenek a fotonok fizikájáról.
Először is, mert a hullámhossz és a frekvencia mindig megegyezik állandóval, ha az A fotonnak van egy A B foton kétszerese frekvenciájánál az A foton hullámhosszának a hullámhosszának 1/2-nek kell lennie B. foton
Másodszor, sokat megtudhat arról, hogy a foton frekvenciája hogyan adhat relatív képet az energiájáról. Például, mivel az A foton frekvenciája nagyobb, mint a B fotoné, tudjuk, hogy kétszer olyan energikus. Általában láthatjuk, hogy az energia közvetlenül frekvenciával skálázódik. Hasonlóképpen, mivel egy foton energiája fordítottan függ össze hullámhosszával, ha az A foton hullámhossza rövidebb, mint a B foton, akkor ismét energikusabb.
Egyszerű fotonenergia kalkulátor
Hasznos lehet a fotonenergia gyors becslése. Mivel a foton hullámhossza és a frekvencia közötti kapcsolat olyan egyszerű, és a fénysebesség nagyjából 3 × 108 m / s, akkor ha tudja a foton frekvenciájának vagy hullámhosszának nagyságrendjét, könnyen kiszámíthatja a másik mennyiséget.
A látható fény hullámhossza megközelítőleg 10 −8 méter, tehát
f = 3-szor {\ frac {10 ^ 8} {10 ^ {- 7}} = 3-szor 10 ^ {15} \ text {Hz}
Akár el is felejtheti a 3-at, ha éppen gyors nagyságrendű becslést próbál elérni. Következő, hahkörülbelül 4 × 10 −15 eV, akkor a látható fény foton energiájának gyors becslése
E = 4 \ szor 10 ^ {- 15} \ 3-szor 10 ^ {15} = 12 \ szöveg {eV}
Ez jó szám, amire emlékezni kell arra az esetre, ha gyorsan ki akarja deríteni, hogy egy foton van-e vagy sem a látható tartomány alatt, de ez az egész eljárás jó módszer a foton gyors becslésére energia. A gyors és egyszerű eljárás akár egy egyszerű fotonenergia-kalkulátornak is tekinthető!