L'elettromagnetismo si occupa dell'interazione tra i fotoni che costituiscono le onde luminose e gli elettroni, le particelle con cui interagiscono queste onde luminose. Nello specifico, le onde luminose hanno determinate proprietà universali, inclusa una velocità costante, ed emettono anche energia, anche se spesso su scala molto ridotta.
L'unità fondamentale dell'energia in fisica è il Joule, o Newton-metro. La velocità della luce in un vuoto è 3 × 108 m/sec, e questa velocità è il prodotto della frequenza di qualsiasi onda luminosa in Hertz (il numero di onde luminose, o cicli, al secondo) e la lunghezza delle sue singole onde in metri. Questa relazione è normalmente espressa come:
c=\nu \times \lambda
Dove ν, la lettera greca nu, è la frequenza e λ, la lettera greca lambda, rappresenta la lunghezza d'onda.
Nel frattempo, nel 1900, il fisico Max Planck propose che l'energia di un'onda luminosa fosse direttamente alla sua frequenza:
E=h\volte \nu
Qui, opportunamente, h è nota come costante di Planck e ha un valore di 6,626 × 10-34 Joule-sec.
Prese insieme, queste informazioni consentono di calcolare la frequenza in Hertz quando viene data energia in Joule e viceversa.
Passaggio 1: risolvere la frequenza in termini di energia
Perché:
c=\nu \times \lambda\text{, }\nu=\frac{c}{\lambda}
noi abbiamo
E=h\times \frac{c}{\lambda}
Passaggio 2: determinare la frequenza
Se ottieni ν esplicitamente, vai al passaggio 3. Se dato il λ, dividere c per questo valore per determinare ν.
Ad esempio, se λ = 1 × 10-6 m (vicino allo spettro della luce visibile):
\nu =\frac{3\times 10^8}{1\times 10^{-6}}=3\times 10^{14}\text{ Hz}
Passaggio 3: risolvere per l'energia
Moltiplica ν la costante di Planck, h, per per ottenere il valore di E.
In questo esempio:
E=6.626\times 10^{-34} \times 3\times 10^{14}=1,988\times 10^{-19}\text{ J}