光子はエネルギーの小さなパケットであり、興味深い波のような振る舞いや粒子のような振る舞いを示します。 光子は両方とも可視光やX線などの電磁波ですが、粒子のようにエネルギーで量子化されます。 したがって、光子のエネルギーは、プランク定数と呼ばれる基本定数の倍数です。h = 6.62607015 × 10-34 J s.
光子のエネルギーを計算する
光子のエネルギーは2つの方法で計算できます。 頻度がわかっている場合は、f、Hz単位の光子の場合、次を使用します。
E = hf
この方程式は、光子エネルギーが量子化されると理論化したMaxPlanckによって最初に提案されました。 したがって、このエネルギー方程式はプランク方程式と呼ばれることもあります。
プランクの方程式の別の形式は、次のような単純な関係を使用します。
c = \ lambda f
どこλは光子の波長であり、cは光速であり、一定で2.998×10です。8 MS。 光子の周波数がわかっている場合は、次の式で波長を簡単に計算できます。
\ lambda = \ frac {c} {f}
これで、プランクの方程式のいずれかのバージョンによって光子のエネルギーを計算できます。
E = hf \ text {または} E = \ frac {hc} {\ lambda}
多くの場合、ジュールの代わりに、光子エネルギーの単位としてeVまたは電子ボルトの単位を使用します。 あなたが使用することができますh = 4.1357 × 10-15 eV s。これにより、光子のエネルギースケールがより合理的になります。
どの光子がよりエネルギーがありますか？
この式により、エネルギーが光子の周波数と波長にどのように依存するかを非常に簡単に確認できます。 上に示した各式を見て、それらが光子の物理学について何を意味するかを見てみましょう。
まず、光子Aが 光子Bの2倍の周波数の場合、光子Aの波長はの波長の1/2でなければなりません。 フォトンB。
第二に、光子の周波数がどのようにそのエネルギーの相対的な考えを提供できるかについて多くを学ぶことができます。 たとえば、光子Aは光子Bよりも周波数が高いため、2倍のエネルギーがあることがわかります。 一般に、エネルギーは周波数に直接比例することがわかります。 同様に、光子のエネルギーはその波長に反比例するため、光子Aの波長が光子Bよりも短い場合は、やはりエネルギーが高くなります。
シンプルな光子エネルギー計算機
光子エネルギーをすばやく推定すると便利な場合があります。 光子の波長と周波数の関係はとても単純で、光速はおよそ3×10だからです8 m / sの場合、光子の周波数または波長のいずれかの大きさがわかっている場合は、他の量を簡単に計算できます。
可視光の波長は約10です −8 メートルなので
f = 3 \ times {\ frac {10 ^ 8} {10 ^ {-7}} = 3 \ times 10 ^ {15} \ text {Hz}
桁違いの見積もりをすばやく取得しようとしている場合は、3を忘れることもできます。 次に、h約4×10です −15 eVの場合、可視光光子のエネルギーの簡単な見積もりは次のようになります。
E = 4 \ times 10 ^ {-15} \ times 3 \ times 10 ^ {15} = 12 \ text {eV}
これは、フォトンが上にあるかどうかをすばやく把握したい場合に覚えておくとよい数値です。 可視範囲より下ですが、この手順全体は、フォトンをすばやく推定するための良い方法です。 エネルギー。 迅速で簡単な手順は、単純な光子エネルギー計算機と見なすこともできます。