Fotoni ir mazas enerģijas paketes, kurām piemīt interesanta viļņiem un daļiņām raksturīga uzvedība. Fotoni ir gan elektromagnētiskie viļņi, piemēram, redzamā gaisma, gan rentgenstari, bet arī tie ir kvantificēti enerģijā kā daļiņas. Tāpēc fotona enerģija ir pamatkonstantes daudzkārtne, ko sauc par Plankas konstanti,h = 6.62607015 × 10-34 Dž.
Aprēķiniet fotona enerģiju
Mēs varam aprēķināt fotona enerģiju divos veidos. Ja jūs jau zināt frekvenci,f, fotona vērtība Hz, pēc tam izmantojiet:
E = hf
Šo vienādojumu vispirms ieteica Makss Planks, kurš teorētiski apgalvoja, ka fotonu enerģija tiek kvantēta. Tāpēc dažreiz šo enerģijas vienādojumu sauc par Plankas vienādojumu.
Citā Plankas vienādojuma formā tiek izmantotas vienkāršās attiecības
c = \ lambda f
kurλir fotona viļņa garums, uncir gaismas ātrums, kas ir nemainīgs un ir 2,998 × 108 jaunkundze. Ja zināt fotona biežumu, viļņa garumu varat viegli aprēķināt pēc šādas formulas:
\ lambda = \ frac {c} {f}
Tagad mēs varam aprēķināt fotona enerģiju, izmantojot jebkuru no Planka vienādojuma versijām:
E = hf \ text {vai} E = \ frac {hc} {\ lambda}
Bieži vien džoulu vietā fotonu enerģijas mērvienībām izmantojam eV vai elektronvoltu vienības. Tu vari izmantoth = 4.1357 × 10-15 eV, kā rezultātā fotoniem ir pieņemamāka enerģijas skala.
Kuri fotoni ir enerģiskāki?
Formula ļauj ļoti viegli redzēt, kā enerģija ir atkarīga no fotona frekvences un viļņa garuma. Apskatīsim katru no iepriekš parādītajām formulām un redzēsim, ko tās nozīmē par fotonu fiziku.
Pirmkārt, tāpēc, ka viļņa garums un frekvence vienmēr reizinās ar vienādu konstanti, ja fotonam A ir a frekvencei, kas divas reizes pārsniedz fotona B frekvenci, fotona A viļņa garumam jābūt 1/2 no viļņa garuma fotons B.
Otrkārt, jūs varat uzzināt daudz par to, kā fotona frekvence var radīt relatīvu priekšstatu par tā enerģiju. Piemēram, tā kā fotonam A ir augstāka frekvence nekā fotonam B, mēs zinām, ka tas ir divreiz enerģētiskāks. Kopumā mēs varam redzēt, ka enerģija mērogojas tieši ar frekvenci. Līdzīgi, tā kā fotona enerģija ir apgriezti saistīta ar tā viļņa garumu, ja fotona A viļņa garums ir mazāks nekā fotona B, tas atkal ir enerģiskāks.
Vienkāršs fotonu enerģijas kalkulators
Var būt noderīgi ātri novērtēt fotonu enerģiju. Tā kā fotonu viļņa garuma un frekvences attiecība ir tik vienkārša un gaismas ātrums ir aptuveni 3 × 108 m / s, tad, ja jūs zināt fotona frekvences vai viļņa garuma lieluma secību, jūs varat viegli aprēķināt otru lielumu.
Redzamās gaismas viļņa garums ir aptuveni 10 −8 metri, tātad
f = 3 reizes {\ frac {10 ^ 8} {10 ^ {- 7}} = 3 reizes 10 ^ {15} \ teksts {Hz}
Jūs pat varat aizmirst 3, ja jūs vienkārši mēģināt ātri novērtēt lieluma secību. Nākamais, jahir aptuveni 4 × 10 −15 eV, tad ir ātrs redzamās gaismas fotona enerģijas novērtējums
E = 4 \ reizes 10 ^ {- 15} \ reizes 3 \ reizes 10 ^ {15} = 12 \ teksts {eV}
Tas ir labs skaitlis, kas jāatceras, ja vēlaties ātri saprast, vai fotons atrodas virs vai zem redzamā diapazona, taču visa šī procedūra ir labs veids, kā ātri noteikt fotonu enerģija. Ātru un ērtu procedūru pat varētu uzskatīt par vienkāršu fotonu enerģijas kalkulatoru!
