Фотоны - это небольшие энергетические пакеты, которые проявляют интересное поведение, подобное волнам и частицам. Фотоны представляют собой электромагнитные волны, такие как видимый свет или рентгеновские лучи, но также квантуются по энергии, как частицы. Таким образом, энергия фотона кратна фундаментальной постоянной, называемой постоянной Планка,час = 6.62607015 × 10-34 J s.
Вычислить энергию фотона
Мы можем вычислить энергию фотона двумя способами. Если вы уже знаете частоту,ж, фотона в Гц, затем используйте:
E = hf
Это уравнение было впервые предложено Максом Планком, который предположил, что энергия фотона квантуется. Поэтому иногда это уравнение энергии называют уравнением Планка.
В другой форме уравнения Планка используется простое соотношение, которое
с = \ лямбда е
гдеλ- длина волны фотона, аc- это постоянная скорость света, равная 2,998 × 108 РС. Если вам известна частота фотона, вы можете легко вычислить длину волны по следующей формуле:
\ lambda = \ frac {c} {f}
Теперь мы можем вычислить энергию фотона по любой из версий уравнения Планка:
E = hf \ text {или} E = \ frac {hc} {\ lambda}
Часто в качестве единиц энергии фотонов мы используем эВ или электрон-вольт, а не джоули. Ты можешь использоватьчас = 4.1357 × 10-15 эВ · с, что дает более разумный масштаб энергии для фотонов.
Какие фотоны более энергичны?
Формула позволяет очень легко увидеть, как энергия зависит от частоты и длины волны фотона. Давайте посмотрим на каждую из приведенных выше формул и посмотрим, что они означают о физике фотонов.
Во-первых, потому что длина волны и частота всегда умножаются, чтобы равняться константе, если фотон A имеет частоты, которая в два раза больше, чем у фотона B, длина волны фотона A должна быть 1/2 длины волны фотон Б.
Во-вторых, вы можете многое узнать о том, как частота фотона может дать относительное представление об его энергии. Например, поскольку фотон A имеет более высокую частоту, чем фотон B, мы знаем, что он вдвое более энергичен. В общем, мы можем видеть, что энергия напрямую зависит от частоты. Точно так же, поскольку энергия фотона обратно пропорциональна его длине волны, если фотон A имеет более короткую длину волны, чем фотон B, он снова становится более энергичным.
Простой калькулятор энергии фотонов
Может быть полезно быстро оценить энергию фотона. Потому что связь между длиной волны фотона и частотой настолько проста, а скорость света составляет примерно 3 × 108 м / с, то, если вы знаете порядок величины либо частоты, либо длины волны фотона, вы можете легко вычислить другую величину.
Длина волны видимого света примерно 10 −8 метров, так что
f = 3 \ times {\ frac {10 ^ 8} {10 ^ {- 7}} = 3 \ times 10 ^ {15} \ text {Hz}
Вы даже можете забыть о тройке, если просто пытаетесь получить быструю оценку величины. Далее, есличаспримерно 4 × 10 −15 эВ, то быстрая оценка энергии фотона видимого света:
E = 4 \ times 10 ^ {- 15} \ times 3 \ times 10 ^ {15} = 12 \ text {эВ}
Это хорошее число, чтобы запомнить, если вы хотите быстро выяснить, находится ли фотон выше или ниже видимого диапазона, но вся эта процедура - хороший способ быстро оценить фотонную энергия. Быструю и легкую процедуру можно даже рассматривать как простой калькулятор энергии фотонов!