Ar šviesa yra banga ar dalelė? Ir tuo pačiu metu, ir iš tikrųjų tas pats pasakytina apie elektronus, kaip Paulas Diracas parodė, kai 1928 m. Pristatė savo reliatyvistinės bangos funkcijos lygtį. Kaip paaiškėja, šviesa ir materija - beveik viskas, kas sudaro materialią visatą - susideda iš kvantų, kurie yra dalelės, turinčios bangų charakteristikas.
Pagrindinis orientyras kelyje į šią stebinančią (tuo metu) išvadą buvo fotoelektrinio efekto atradimas, kurį 1887 m. Surado Heinrichas Hertzas. Einšteinas tai paaiškino kvantine teorija 1905 m., O nuo to laiko fizikai pripažino, kad nors šviesa gali elgtis kaip dalelė, tai dalelė, turinti būdingą bangos ilgį ir dažnį, ir šie dydžiai yra susiję su šviesos energija arba radiacija.
Maxo Plancko susijęs fotonų bangos ilgis su energija
Bangos ilgio keitiklio lygtis gaunama iš kvantinės teorijos tėvo, vokiečių fiziko Maxo Plancko. Maždaug 1900 m. Jis pristatė kvanto idėją, tyrinėdamas juodojo kūno, kuris yra kūnas, sugeriantis visą krintančią spinduliuotę, spinduliavimą.
Kvantas padėjo paaiškinti, kodėl toks kūnas spinduliuoja daugiausia elektromagnetinio spektro viduryje, o ne ultravioletiniame spindulyje, kaip numato klasikinė teorija.
Plancko paaiškinime teigiama, kad šviesa susideda iš atskirų energijos paketų, vadinamų kvantais arba fotonai, ir kad energija gali įgauti tik atskiras vertes, kurios buvo universalo kartotiniai pastovus. Konstantą, vadinamą Plancko konstanta, žymi raidėhir jo vertė yra 6,63 × 10-34 m2 kg / s arba lygiavertis 6,63 × 10-34 džaulio sekundės.
Planckas paaiškino, kad fotono energija,E, buvo jo dažnio sandauga, kurią visada žymi graikiška raidė nu (ν) ir ši nauja konstanta. Matematiniu požiūriu:E = hν.
Kadangi šviesa yra bangų reiškinys, galite išreikšti Plancko lygtį pagal bangos ilgį, kurį vaizduoja graikų raidė lambda (λ), nes bet kuriai bangai perdavimo greitis yra lygus jos dažniui ir jo bangos ilgiui. Kadangi šviesos greitis yra pastovus, žymimasc, Plancko lygtį galima išreikšti taip:
E = \ frac {hc} {λ}
Bangos ilgio ir energijos konversijos lygtis
Paprastas Plancko lygties pertvarkymas suteikia jums bet kurios spinduliuotės momentinio bangos ilgio skaičiuoklę, darant prielaidą, kad žinote radiacijos energiją. Bangos ilgio formulė yra:
λ = \ frac {hc} {E}
Tiekhircyra konstantos, todėl bangos ilgis energijos konversijos lygtyje iš esmės teigia, kad bangos ilgis yra proporcingas energijos atvirkštinei. Kitaip tariant, ilgos bangos spinduliuotė, kuri yra šviesa link raudonojo spektro galo, turi mažiau energijos, kaip trumpo bangos ilgio šviesa violetiniame spektro gale.
Laikykite vienetus tiesiai
Fizikai kvantinę energiją matuoja įvairiais vienetais. SI sistemoje dažniausiai energijos vienetai yra džauliai, tačiau jie yra per dideli procesams, vykstantiems kvantiniame lygmenyje. Elektrono voltas (eV) yra patogesnis vienetas. Tai energija, reikalinga vienam elektronui pagreitinti per 1 voltų potencialų skirtumą, ir lygi 1,6 × 10-19 džauliai.
Labiausiai paplitę bangos ilgio vienetai yra ångstromai (Å), kur 1 Å = 10-10 m. Jei žinote kvanto energiją elektronvoltais, paprasčiausias būdas gauti bangos ilgį ångströmais arba metrais yra pirmiausia energiją paversti džauliais. Tada galite jį tiesiogiai prijungti prie Plancko lygties ir naudodami 6,63 × 10-34 m2 kg / s Plancko konstantai (h) ir 3 × 108 m / s šviesos greičiui (c), galite apskaičiuoti bangos ilgį.