ფოტონები არის ენერგიის პატარა პაკეტები, რომლებიც გამოხატავს ტალღის საინტერესო და ნაწილაკების მსგავს ქცევას. ფოტონები ორივე ელექტრომაგნიტური ტალღებია, მაგალითად, ხილული სინათლე, ან რენტგენი, მაგრამ ასევე ენერგიით კვანტურია ნაწილაკების მსგავსად. ფოტონის ენერგია არის ფუნდამენტური მუდმივის ჯერადი, რომელსაც პლანკის მუდმივას უწოდებენ,თ = 6.62607015 × 10-34 ჯ ს.
გამოთვალეთ ფოტონის ენერგია
ფოტონის ენერგიის გამოთვლა შეგვიძლია ორი გზით. თუ უკვე იცით სიხშირე,ვ, ფოტონის Hz– ში, შემდეგ გამოიყენეთ:
E = hf
ეს განტოლება პირველად შემოგვთავაზა მაქს პლანკმა, რომელმაც თქვა, რომ ფოტონის ენერგია კვანტიზირებულია. ამიტომ, ზოგჯერ ამ ენერგიის განტოლებას მოიხსენიებენ, როგორც პლანკის განტოლებას.
პლანკის განტოლების სხვა ფორმა იყენებს მარტივ დამოკიდებულებას, რომელიც
c = \ lambda f
სადλარის ფოტონის ტალღის სიგრძე დაგარის სინათლის სიჩქარე, რომელიც არის მუდმივი და არის 2.998 108 ქალბატონი. თუ იცით ფოტონის სიხშირე, მარტივად შეგიძლიათ გამოთვალოთ ტალღის სიგრძე შემდეგი ფორმულით:
\ lambda = \ frac {c} {f}
ახლა ჩვენ შეგვიძლია გამოვთვალოთ ფოტონის ენერგია პლანკის განტოლების რომელიმე ვერსიით:
E = hf \ text {ან} E = \ frac {hc} {\ lambda}
ხშირად ჩვენ ვიყენებთ eV ერთეულებს, ან ელექტრონულ ვოლტებს, როგორც ფოტონის ენერგიის ერთეულებს, ჯულის ნაცვლად. Შეგიძლია გამოიყენოთ = 4.1357 × 10-15 eV s, რაც ფოტონებისთვის უფრო გონივრულ ენერგეტიკულ მასშტაბს ქმნის.
რომელი ფოტონები უფრო ენერგიულია?
ფორმულა ძალიან მარტივს ხდის იმის გარკვევას, თუ როგორ არის დამოკიდებული ენერგია ფოტონის სიხშირეზე და ტალღის სიგრძეზე. მოდით ვნახოთ ზემოთ ნაჩვენები თითოეული ფორმულა და ვნახოთ რას გულისხმობენ ისინი ფოტონის ფიზიკაში.
პირველი, რადგან ტალღის სიგრძე და სიხშირე ყოველთვის მრავლდება მუდმივის ტოლი, თუ A ფოტონს აქვს a ფოტონი B– ზე ორჯერ მეტი სიხშირე, A ფოტონის ტალღის სიგრძე უნდა იყოს ტალღის სიგრძის 1/2 ფოტონი B.
მეორე, თქვენ შეგიძლიათ გაიგოთ ბევრი იმის შესახებ, თუ როგორ შეუძლია ფოტონის სიხშირეს შექმნას მისი ენერგიის შესახებ. მაგალითად, ვინაიდან ფოტონის A- ს უფრო მაღალი სიხშირე აქვს, ვიდრე B ფოტონს, ვიცით, რომ ის ორჯერ უფრო ენერგიულია. ზოგადად, ენერგიის მასშტაბები ვხედავთ პირდაპირ სიხშირით. ანალოგიურად, რადგან ფოტონის ენერგია უკუპროპორციულია მის ტალღის სიგრძესთან, თუ A ფოტონს ტალღის უფრო მოკლე სიგრძე აქვს, ვიდრე B ფოტოტონი, ის ისევ ენერგიულია.
მარტივი ფოტონის ენერგიის კალკულატორი
შეიძლება სასარგებლო იყოს ფოტონის ენერგიის სწრაფად შეფასება. რადგანაც ურთიერთობა ფოტონის ტალღის სიგრძესა და სიხშირეს შორის ძალიან მარტივია, ხოლო სინათლის სიჩქარე დაახლოებით 3 × 108 მ / წმ, მაშინ თუ იცით ფოტონის სიხშირის ან ტალღის სიგრძის სიდიდის თანმიმდევრობა, შეგიძლიათ მარტივად გამოთვალოთ სხვა რაოდენობა.
ხილული სინათლის ტალღის სიგრძე დაახლოებით 10-ია −8 მეტრი, ასე რომ
f = 3 \ ჯერ {\ frac {10 ^ 8} {10 ^ {- 7}} = 3 \ ჯერ 10 ^ {15} \ ტექსტი {Hz}
3-ის დავიწყებაც შეგიძლიათ, თუ უბრალოდ ცდილობთ მიიღოთ მასშტაბის სწრაფი შეფასება. შემდეგი, თუთარის დაახლოებით 4 10 −15 eV, მაშინ ხილული სინათლის ფოტონის ენერგიის სწრაფი შეფასებაა
E = 4 \ ჯერ 10 ^ {- 15} \ ჯერ 3 \ ჯერ 10 ^ {15} = 12 \ ტექსტი {eV}
ეს კარგი რიცხვია, რომ დაიმახსოვროთ იმ შემთხვევაში, თუ გსურთ სწრაფად გაერკვნენ, ფოტონი ზემოთ არის თუ არა ხილული დიაპაზონის ქვემოთ, მაგრამ მთელი ეს პროცედურა კარგი საშუალებაა ფოტონის სწრაფი შეფასებისთვის ენერგია სწრაფი და მარტივი პროცედურა შეიძლება ჩაითვალოს უბრალო ფოტონის ენერგიის კალკულატორით!