Czy światło jest falą czy cząstką? Jest to jedno i drugie w tym samym czasie, a właściwie to samo dotyczy elektronów, jak wykazał Paul Dirac, wprowadzając swoje relatywistyczne równanie funkcji falowej w 1928 roku. Jak się okazuje, światło i materia – prawie wszystko, co składa się na materialny wszechświat – składa się z kwantów, czyli cząstek o charakterystyce falowej.
Ważnym punktem zwrotnym na drodze do tego zaskakującego (w tamtym czasie) wniosku było odkrycie efektu fotoelektrycznego przez Heinricha Hertza w 1887 roku. Einstein wyjaśnił to w kategoriach teorii kwantowej w 1905 roku i od tego czasu fizycy zaakceptowali, że chociaż światło może zachowywać się jak cząstka, jest to cząstka o charakterystycznej długości fali i częstotliwości, a te wielkości są związane z energią światła lub promieniowanie.
Max Planck powiązał długość fali fotonu z energią
Równanie konwertera długości fali pochodzi od ojca teorii kwantowej, niemieckiego fizyka Maxa Plancka. Około roku 1900 wprowadził ideę kwantu, badając promieniowanie emitowane przez ciało doskonale czarne, które jest ciałem pochłaniającym wszelkie promieniowanie padające.
Kwant pomógł wyjaśnić, dlaczego takie ciało emituje promieniowanie głównie w środku widma elektromagnetycznego, a nie w ultrafiolecie, jak przewiduje klasyczna teoria.
Wyjaśnienie Plancka zakładało, że światło składa się z dyskretnych pakietów energii zwanych kwantami lub fotony, i że energia może przyjmować tylko wartości dyskretne, będące wielokrotnościami wartości uniwersalnej stały. Stała, zwana stałą Plancka, jest reprezentowana przez literęhi ma wartość 6,63 × 10-34 m2 kg / s lub równoważnie 6,63 × 10-34 dżul-sekundy.
Planck wyjaśnił, że energia fotonu,mi, był iloczynem jego częstotliwości, która jest zawsze reprezentowana przez grecką literę nu (ν) i tę nową stałą. W kategoriach matematycznych:mi = hv.
Ponieważ światło jest zjawiskiem falowym, równanie Plancka można wyrazić za pomocą długości fali, reprezentowanej przez grecką literę lambda (λ), ponieważ dla każdej fali prędkość transmisji jest równa jej częstotliwości i długości fali. Ponieważ prędkość światła jest stała, oznaczona przezdo, równanie Plancka można wyrazić jako:
E = \frac{hc}{λ}
Równanie konwersji długości fali na energię
Proste przekształcenie równania Plancka daje natychmiastowy kalkulator długości fali dla dowolnego promieniowania, zakładając, że znasz energię promieniowania. Wzór na długość fali to:
λ = \frac{hc}{E}
Obiehidosą stałymi, więc równanie konwersji długości fali na energię zasadniczo stwierdza, że długość fali jest proporcjonalna do odwrotności energii. Innymi słowy, promieniowanie o długich falach, które jest światłem w kierunku czerwonego końca widma, ma mniej energii niż światło o krótkiej długości fali na fioletowym końcu widma.
Trzymaj swoje jednostki prosto
Fizycy mierzą energię kwantową w różnych jednostkach. W układzie SI najpopularniejsze jednostki energii to dżule, ale są one zbyt duże dla procesów zachodzących na poziomie kwantowym. Elektrowolt (eV) jest wygodniejszą jednostką. Jest to energia potrzebna do przyspieszenia pojedynczego elektronu o różnicę potencjałów wynoszącą 1 wolt, która jest równa 1,6 × 10-19 dżuli.
Najpopularniejszymi jednostkami długości fali są angstromy (Å), gdzie 1 Å = 10-10 m. Jeśli znasz energię kwantu w elektronowoltach, najłatwiejszym sposobem określenia długości fali w angstremach lub metrach jest najpierw przekształcenie energii w dżule. Następnie możesz podłączyć go bezpośrednio do równania Plancka i używając 6,63 × 10-34 m2 kg/s dla stałej Plancka (h) i 3 × 108 m/s dla prędkości światła (do), możesz obliczyć długość fali.