La luce è un'onda o una particella? È allo stesso tempo, e in realtà, lo stesso vale per gli elettroni, come dimostrò Paul Dirac quando introdusse la sua equazione relativistica della funzione d'onda nel 1928. A quanto pare, la luce e la materia – praticamente tutto ciò che compone l'universo materiale – è composto da quanti, che sono particelle con caratteristiche ondulatorie.
Un importante punto di riferimento sulla strada verso questa sorprendente (all'epoca) conclusione fu la scoperta dell'effetto fotoelettrico da parte di Heinrich Hertz nel 1887. Einstein lo spiegò in termini di teoria quantistica nel 1905 e da allora i fisici hanno accettato che, mentre la luce può comportarsi come un particella, è una particella con una lunghezza d'onda e una frequenza caratteristiche, e queste quantità sono legate all'energia della luce o radiazione.
Max Planck correlato lunghezza d'onda del fotone all'energia
L'equazione del convertitore di lunghezza d'onda viene dal padre della teoria quantistica, il fisico tedesco Max Planck. Intorno al 1900, introdusse l'idea del quanto mentre studiava la radiazione emessa da un corpo nero, che è un corpo che assorbe tutta la radiazione incidente.
Il quanto ha aiutato a spiegare perché un tale corpo emette radiazioni principalmente nel mezzo dello spettro elettromagnetico, piuttosto che nell'ultravioletto come previsto dalla teoria classica.
La spiegazione di Planck postulava che la luce fosse costituita da pacchetti discreti di energia chiamati quanti, o fotoni, e che l'energia poteva assumere solo valori discreti, che erano multipli di un universale costante. La costante, detta costante di Planck, è rappresentata dalla letterah, e ha un valore di 6,63 × 10-34 m2 kg/s o equivalente 6,63 × 10-34 joule-secondi.
Planck ha spiegato che l'energia di un fotone,E, era il prodotto della sua frequenza, che è sempre rappresentata dalla lettera greca nu (ν) e questa nuova costante. In termini matematici:E = hν.
Poiché la luce è un fenomeno ondulatorio, puoi esprimere l'equazione di Planck in termini di lunghezza d'onda, rappresentata dalla lettera greca lambda (λ), perché per ogni onda, la velocità di trasmissione è uguale alla sua frequenza per la sua lunghezza d'onda. Poiché la velocità della luce è una costante, indicata conc, l'equazione di Planck può essere espressa come:
E = \frac{hc}{λ}
Equazione di conversione da lunghezza d'onda a energia
Un semplice riarrangiamento dell'equazione di Planck ti dà un calcolatore istantaneo della lunghezza d'onda per qualsiasi radiazione, supponendo che tu conosca l'energia della radiazione. La formula della lunghezza d'onda è:
= \frac{hc}{E}
Tutti e duehecsono costanti, quindi l'equazione di conversione della lunghezza d'onda in energia afferma fondamentalmente che la lunghezza d'onda è proporzionale all'inverso dell'energia. In altre parole, la radiazione a lunghezza d'onda lunga, che è la luce verso l'estremità rossa dello spettro, ha meno energia della luce a lunghezza d'onda corta all'estremità viola dello spettro.
Mantieni le tue unità dritte
I fisici misurano l'energia quantistica in una varietà di unità. Nel sistema SI, le unità di energia più comuni sono i joule, ma sono troppo grandi per i processi che avvengono a livello quantistico. L'elettronvolt (eV) è un'unità più conveniente. È l'energia necessaria per accelerare un singolo elettrone attraverso una differenza di potenziale di 1 volt, ed è pari a 1,6 × 10-19 joule.
Le unità più comuni per la lunghezza d'onda sono ångstrom (Å), dove 1 Å = 10-10 m. Se conosci l'energia di un quanto in elettronvolt, il modo più semplice per ottenere la lunghezza d'onda in ngstrom o metri è convertire prima l'energia in joule. Puoi quindi inserirlo direttamente nell'equazione di Planck e usando 6,63 × 10-34 m2 kg/s per la costante di Planck (h) e 3 × 108 m/s per la velocità della luce (c), puoi calcolare la lunghezza d'onda.
