Os fótons são pequenos pacotes de energia, que exibem um comportamento interessante de onda e de partícula. Os fótons são ondas eletromagnéticas, como a luz visível ou os raios X, mas também são quantizados em energia como partículas. A energia de um fóton é, portanto, um múltiplo de uma constante fundamental, chamada constante de Planck,h = 6.62607015 × 10-34 J s.
Calcule a energia de um fóton
Podemos calcular a energia de um fóton de duas maneiras. Se você já conhece a frequência,f, do fóton em Hz, então use:
E = hf
Esta equação foi sugerida pela primeira vez por Max Planck, que teorizou que a energia do fóton é quantizada. Portanto, às vezes essa equação de energia é chamada de equação de Planck.
Outra forma da equação de Planck usa a relação simples que
c = \ lambda f
Ondeλé o comprimento de onda do fóton, ecé a velocidade da luz, que é uma constante e é 2,998 × 108 em. Se você conhece a frequência do fóton, pode calcular facilmente o comprimento de onda pela seguinte fórmula:
\ lambda = \ frac {c} {f}
Agora podemos calcular a energia de um fóton por qualquer uma das versões da equação de Planck:
E = hf \ text {ou} E = \ frac {hc} {\ lambda}
Freqüentemente, usamos as unidades de eV, ou elétron-volts, como unidades de energia do fóton, em vez de joules. Você pode usarh = 4.1357 × 10-15 eV s, que resulta em uma escala de energia mais razoável para os fótons.
Quais fótons são mais energéticos?
A fórmula torna muito fácil ver como a energia depende da frequência e do comprimento de onda de um fóton. Vamos dar uma olhada em cada uma das fórmulas mostradas acima e ver o que elas implicam sobre a física dos fótons.
Primeiro, porque o comprimento de onda e a frequência sempre se multiplicam para igualar uma constante, se o fóton A tiver um frequência que é duas vezes a do fóton B, o comprimento de onda do fóton A deve ser 1/2 do comprimento de onda de fóton B.
Em segundo lugar, você pode aprender muito sobre como a frequência de um fóton pode fornecer uma ideia relativa de sua energia. Por exemplo, como o fóton A tem uma frequência mais alta do que o fóton B, sabemos que ele é duas vezes mais energético. Em geral, podemos ver que a energia escala diretamente com a frequência. Da mesma forma, como a energia de um fóton está inversamente relacionada ao seu comprimento de onda, se o fóton A tiver um comprimento de onda mais curto do que o fóton B, ele será novamente mais energético.
Calculadora Simples de Energia de Fótons
Pode ser útil estimar rapidamente a energia do fóton. Porque a relação entre o comprimento de onda do fóton e a frequência é tão simples, e a velocidade da luz é aproximadamente 3 × 108 m / s, então, se você souber a ordem de magnitude da frequência ou do comprimento de onda do fóton, poderá calcular facilmente a outra quantidade.
O comprimento de onda da luz visível é de aproximadamente 10 −8 metros, então
f = 3 \ vezes {\ frac {10 ^ 8} {10 ^ {- 7}} = 3 \ vezes 10 ^ {15} \ text {Hz}
Você pode até esquecer o 3 se estiver apenas tentando obter uma estimativa de ordem de magnitude rápida. A seguir, sehé cerca de 4 × 10 −15 eV, então uma estimativa rápida para a energia de um fóton de luz visível é
E = 4 \ vezes 10 ^ {- 15} \ vezes 3 \ vezes 10 ^ {15} = 12 \ texto {eV}
Esse é um bom número para lembrar caso você queira descobrir rapidamente se um fóton está acima ou abaixo da faixa visível, mas todo esse procedimento é uma boa maneira de fazer uma estimativa rápida do fóton energia. O procedimento rápido e fácil pode até ser considerado uma simples calculadora de energia de fóton!