Свет - это волна или частица? Это одновременно, и на самом деле то же самое верно и для электронов, как продемонстрировал Поль Дирак, когда в 1928 году представил свое уравнение релятивистской волновой функции. Оказывается, свет и материя - почти все, что составляет материальную вселенную - состоит из квантов, которые представляют собой частицы с волновыми характеристиками.
Важной вехой на пути к этому удивительному (в то время) выводу стало открытие Генрихом Герцем в 1887 году фотоэлектрического эффекта. Эйнштейн объяснил это в терминах квантовой теории в 1905 году, и с тех пор физики согласились с тем, что, хотя свет может вести себя как частица, это частица с характерной длиной волны и частотой, и эти величины связаны с энергией света или радиация.
Макс Планк связал длину волны фотона с энергией
Уравнение преобразователя длины волны принадлежит основателю квантовой теории немецкому физику Максу Планку. Примерно в 1900 году он представил идею кванта, изучая излучение, испускаемое черным телом, которое является телом, поглощающим все падающее излучение.
Квант помог объяснить, почему такое тело испускает излучение в основном в середине электромагнитного спектра, а не в ультрафиолете, как предсказывает классическая теория.
В объяснении Планка утверждалось, что свет состоит из дискретных пакетов энергии, называемых квантами, или фотонов, и что энергия может принимать только дискретные значения, кратные универсальному постоянный. Постоянная, называемая постоянной Планка, представлена буквойчас, и имеет значение 6,63 × 10-34 м2 кг / с или эквивалент 6,63 × 10-34 джоуль-секунды.
Планк объяснил, что энергия фотона,E, было произведением его частоты, которая всегда обозначается греческой буквой ню (ν) и эту новую константу. С математической точки зрения:E = hν.
Поскольку свет - это волновое явление, уравнение Планка можно выразить в терминах длины волны, представленной греческой буквой лямбда (λ), потому что для любой волны скорость передачи равна ее частоте, умноженной на длину волны. Поскольку скорость света постоянна, обозначаетсяc, Уравнение Планка можно выразить как:
E = \ frac {hc} {λ}
Уравнение преобразования длины волны в энергию
Простая перестановка уравнения Планка дает вам мгновенный калькулятор длины волны для любого излучения, если вам известна энергия излучения. Формула длины волны:
λ = \ frac {hc} {E}
Обачаса такжеcявляются константами, поэтому уравнение преобразования длины волны в энергию в основном утверждает, что длина волны пропорциональна обратной энергии. Другими словами, длинноволновое излучение, которое является светом в красном конце спектра, имеет меньше энергии, чем коротковолновое излучение на фиолетовом конце спектра.
Держите единицы прямо
Физики измеряют энергию квантов в различных единицах. В системе СИ наиболее распространенными единицами энергии являются джоули, но они слишком велики для процессов, происходящих на квантовом уровне. Электрон-вольт (эВ) - более удобная единица измерения. Это энергия, необходимая для ускорения одиночного электрона через разность потенциалов в 1 вольт, и она равна 1,6 × 10.-19 джоули.
Наиболее распространенными единицами измерения длины волны являются ангстремы (Å), где 1 Å = 10.-10 м. Если вам известна энергия кванта в электрон-вольтах, самый простой способ получить длину волны в ангстремах или метрах - сначала преобразовать энергию в джоули. Затем вы можете подключить его непосредственно к уравнению Планка и, используя 6,63 × 10-34 м2 кг / с для постоянной Планка (час) и 3 × 108 м / с для скорости света (c), вы можете рассчитать длину волны.
