האם האור הוא גל או חלקיק? שניהם בו זמנית, ולמעשה, הדבר נכון גם לגבי אלקטרונים, כפי שהדגים פול דיראק כשהציג את משוואת תפקוד הגל הרלטיביסטי שלו בשנת 1928. כפי שמתברר, אור וחומר - בערך כל מה שמרכיב את היקום החומרי - מורכב מכמות קוונטית, שהם חלקיקים בעלי מאפייני גל.
נקודת ציון מרכזית בדרך למסקנה מפתיעה (באותה עת) הייתה גילוי האפקט הפוטואלקטרי על ידי היינריך הרץ בשנת 1887. איינשטיין הסביר זאת במונחים של תורת הקוונטים בשנת 1905, ומאז הפיזיקאים קיבלו את זה, בעוד האור עשוי להתנהג כ חלקיק, זהו חלקיק בעל אורך גל ותדר אופייני, וכמויות אלה קשורות לאנרגיית האור או קְרִינָה.
מקס פלאנק קשור אורך גל פוטון לאנרגיה
משוואת ממיר אורך הגל מגיעה מאבי תורת הקוונטים, הפיזיקאי הגרמני מקס פלאנק. בסביבות 1900 הוא הציג את רעיון הקוונטים תוך כדי לימוד הקרינה הנפלטת מגוף שחור, שהוא גוף הקולט את כל הקרינה האירועית.
הקוונטים עזר להסביר מדוע גוף כזה פולט קרינה בעיקר באמצע הספקטרום האלקטרומגנטי, אלא באולטרה סגול כפי שניבאה התיאוריה הקלאסית.
ההסבר של פלאנק הניח כי האור מורכב מחבילות אנרגיה דיסקרטיות הנקראות קוואנטה, או פוטונים, וכי האנרגיה יכולה לקבל רק ערכים בדידים, שהיו מכפילים של אוניברסלי קָבוּעַ. הקבוע, הנקרא קבוע של פלאנק, מיוצג על ידי האות
פלאנק הסביר כי האנרגיה של פוטון,ה, היה תוצר התדירות שלו, אשר מיוצג תמיד באות היוונית nu (ν) והקבוע החדש הזה. במונחים מתמטיים:ה = hν.
מכיוון שאור הוא תופעת גל, אתה יכול לבטא את משוואת פלאנק במונחים של אורך גל, המיוצג על ידי האות היוונית למבדה (λ), מכיוון שעבור כל גל, מהירות ההעברה שווה לתדר שלו כפול אורכו הגל. מכיוון שמהירות האור היא קבועה, המסומנת על ידיג, המשוואה של פלאנק יכולה לבוא לידי ביטוי כ:
E = \ frac {hc} {λ}
אורך גל למשוואת המרת אנרגיה
סידור מחדש פשוט של המשוואה של פלאנק נותן לך מחשבון גל מיידי לכל קרינה, בהנחה שאתה יודע את האנרגיה של הקרינה. נוסחת אורך הגל היא:
λ = \ frac {hc} {E}
שניהםחוגהם קבועים, ולכן משוואת המרת הגל לאנרגיה קובעת בעצם שאורך הגל פרופורציונאלי להופכי האנרגיה. במילים אחרות, לקרינת אורך גל ארוך, שהיא אור לכיוון הקצה האדום של הספקטרום, יש פחות אנרגיה מאשר לאור אורך הגל הקצר בקצה הסגול של הספקטרום.
שמור על יחידות שלך ישר
פיזיקאים מודדים אנרגיה קוונטית במגוון יחידות. במערכת SI, יחידות האנרגיה הנפוצות ביותר הן ג'אול, אך הן גדולות מדי לתהליכים שקורים ברמה הקוונטית. המתח האלקטרוני (eV) הוא יחידה נוחה יותר. זו האנרגיה הנדרשת להאצת אלקטרון בודד באמצעות הפרש פוטנציאלי של וולט אחד, והיא שווה ל 1.6 × 10-19 ג'אול.
היחידות הנפוצות ביותר עבור אורך גל הן ångstroms (Å), כאשר 1 Å = 10-10 M. אם אתה מכיר את האנרגיה של הקוונטים במלטים אלקטרוניים, הדרך הקלה ביותר להשיג את אורך הגל באנגסטרום או מטרים היא להמיר תחילה את האנרגיה לג'אול. לאחר מכן תוכל לחבר אותו ישירות למשוואת פלאנק, ובאמצעות 6.63 × 10-34 M2 ק"ג לשנייה לקבוע של פלאנק (ח) ו- 3 × 108 m / s למהירות האור (ג), אתה יכול לחשב את אורך הגל.
