Fotonai yra maži energijos paketai, pasižymintys įdomiu panašiu į bangas ir daleles elgesiu. Fotonai yra elektromagnetinės bangos, tokios kaip matoma šviesa arba rentgeno spinduliai, tačiau jos taip pat yra kiekybiškai įvertinamos energija kaip dalelės. Todėl fotono energija yra daugybė pagrindinės konstantos, vadinamos Plancko konstanta,h = 6.62607015 × 10-34 J s.
Apskaičiuokite fotono energiją
Mes galime apskaičiuoti fotono energiją dviem būdais. Jei jau žinote dažnį,f, fotono, Hz, tada naudokite:
E = hf
Šią lygtį pirmą kartą pasiūlė Maxas Planckas, kuris teigė, kad fotonų energija yra kiekybiškai įvertinta. Todėl kartais ši energijos lygtis vadinama Plancko lygtimi.
Kitoje Plancko lygties formoje naudojamas paprastas ryšys
c = \ lambda f
kurλyra fotono bangos ilgis ircyra šviesos greitis, kuris yra pastovus ir yra 2,998 × 108 m / s. Jei žinote fotono dažnį, galite lengvai apskaičiuoti bangos ilgį pagal šią formulę:
\ lambda = \ frac {c} {f}
Dabar mes galime apskaičiuoti fotono energiją naudodami bet kurią Plancko lygties versiją:
E = hf \ text {arba} E = \ frac {hc} {\ lambda}
Dažnai mes naudojame eV arba elektronų voltų vienetus kaip fotonų energijos vienetus, o ne džaulius. Tu gali naudotih = 4.1357 × 10-15 eV, todėl gaunama protingesnė fotonų energijos skalė.
Kurie fotonai yra energingesni?
Pagal formulę labai lengva suprasti, kaip energija priklauso nuo fotono dažnio ir bangos ilgio. Pažvelkime į kiekvieną iš aukščiau parodytų formulių ir pažiūrėkime, ką jos reiškia fotonų fizikoje.
Pirma, todėl, kad bangos ilgis ir dažnis visada padaugėja iš lygios konstantos, jei fotonas A turi a dažnis, kuris yra dvigubai didesnis nei fotono B, fotono A bangos ilgis turi būti 1/2 bangos ilgio fotonas B.
Antra, galite daug sužinoti apie tai, kaip fotono dažnis gali sąlygoti jo energijos supratimą. Pavyzdžiui, kadangi fotono A dažnis yra didesnis nei B fotono, žinome, kad jis yra dvigubai energingesnis. Apskritai galime pastebėti, kad energija skalės tiesiogiai su dažniu. Panašiai, kadangi fotono energija yra atvirkščiai susijusi su jo bangos ilgiu, jei fotono A bangos ilgis yra trumpesnis nei fotono B, jis vėl yra energingesnis.
Paprasta fotonų energijos skaičiuoklė
Gali būti naudinga greitai įvertinti fotonų energiją. Kadangi fotonų bangos ilgio ir dažnio santykis yra toks paprastas, o šviesos greitis yra maždaug 3 × 108 m / s, tada, jei žinote fotono dažnio ar bangos ilgio dydį, galite lengvai apskaičiuoti kitą dydį.
Matomos šviesos bangos ilgis yra maždaug 10 −8 metrų, taigi
f = 3 kartus {\ frac {10 ^ 8} {10 ^ {- 7}} = 3 kartus 10 ^ {15} \ tekstas {Hz}
Jūs netgi galite pamiršti 3, jei tik bandote greitai įvertinti dydį. Kitas, jeihyra apie 4 × 10 −15 eV, tada greitai apskaičiuojama matomos šviesos fotono energija
E = 4 \ kartus 10 ^ {- 15} \ kartus 3 \ kartus 10 ^ {15} = 12 \ tekstas {eV}
Tai yra geras skaičius, kurį reikia atsiminti, jei norite greitai išsiaiškinti, ar fotonas yra aukščiau ar žemiau matomo diapazono, tačiau visa ši procedūra yra geras būdas greitai įvertinti fotoną energijos. Greitą ir lengvą procedūrą netgi galima būtų laikyti paprasta fotonų energijos skaičiuokle!