Fotoner er små pakker med energi, som viser interessant bølgelignende og partikkelignende oppførsel. Fotoner er begge elektromagnetiske bølger, som synlig lys, eller røntgenstråler, men blir også kvantifisert i energi som partikler. Energien til et foton er derfor et multiplum av en grunnleggende konstant, kalt Plancks konstant,h = 6.62607015 × 10-34 J s.
Beregn energien til et foton
Vi kan beregne energien til et foton på to måter. Hvis du allerede vet frekvensen,f, av fotonet i Hz, bruk deretter:
E = hf
Denne ligningen ble først foreslått av Max Planck, som teoretiserte at foton energi er kvantifisert. Derfor blir noen ganger denne energilikningen referert til som Plancks ligning.
En annen form for Plancks ligning bruker det enkle forholdet som
c = \ lambda f
hvorλer fotonets bølgelengde, ogcer lysets hastighet, som er konstant og er 2,998 × 108 m / s. Hvis du vet fotonens frekvens, kan du enkelt beregne bølgelengden ved hjelp av følgende formel:
\ lambda = \ frac {c} {f}
Nå kan vi beregne energien til et foton ved hjelp av en av versjonene av Plancks ligning:
E = hf \ text {eller} E = \ frac {hc} {\ lambda}
Ofte bruker vi enhetene eV, eller elektron volt, som enhetene for foton energi, i stedet for joule. Du kan brukeh = 4.1357 × 10-15 eV s, noe som resulterer i en mer fornuftig energiskala for fotoner.
Hvilke foton er mer energiske?
Formelen gjør det veldig enkelt å se hvordan energien avhenger av frekvensen og bølgelengden til et foton. La oss se på hver av formlene vist ovenfor, og se hva de innebærer om fysikkene til fotoner.
For det første fordi bølgelengden og frekvensen alltid multipliserer til å være lik en konstant, hvis foton A har a frekvensen som er to ganger den for foton B, må bølgelengden til foton A være 1/2 av bølgelengden til foton B.
For det andre kan du lære mye om hvordan frekvensen til et foton kan gi en relativ ide om dets energi. For eksempel, siden foton A har en høyere frekvens enn foton B, vet vi at den er dobbelt så energisk. Generelt kan vi se at energi skalerer direkte med frekvens. På samme måte, fordi energien til en foton er omvendt relatert til bølgelengden, hvis foton A har en kortere bølgelengde enn foton B, er den igjen, mer energisk.
Enkel foton energi kalkulator
Det kan være nyttig å raskt estimere foton energi. Fordi forholdet mellom fotonbølgelengde og frekvens er så enkelt, og lysets hastighet er omtrent 3 × 108 m / s, så hvis du vet størrelsesorden på enten frekvensen eller bølgelengden til fotonet, kan du enkelt beregne den andre størrelsen.
Bølgelengden for synlig lys er omtrent 10 −8 meter, så
f = 3 \ ganger {\ frac {10 ^ 8} {10 ^ {- 7}} = 3 \ ganger 10 ^ {15} \ tekst {Hz}
Du kan til og med glemme de tre hvis du bare prøver å få et raskt størrelsesestimat. Neste, hvisher omtrent 4 × 10 −15 eV, så er et raskt estimat for energien til et synlig lysfoton
E = 4 \ ganger 10 ^ {- 15} \ ganger 3 \ ganger 10 ^ {15} = 12 \ text {eV}
Det er et godt tall å huske i tilfelle du raskt vil finne ut om et foton er over eller under det synlige området, men hele denne prosedyren er en god måte å gjøre et raskt estimat av foton energi. Den raske og enkle prosedyren kan til og med betraktes som en enkel foton-energikalkulator!