Fotóny sú malé balíčky energie, ktoré vykazujú zaujímavé vlnové a časticové správanie. Fotóny sú elektromagnetické vlny, napríklad viditeľné svetlo alebo röntgenové lúče, ale kvantifikujú sa aj v energii ako častice. Energia fotónu je teda násobkom základnej konštanty, nazývanej Planckova konštanta,h = 6.62607015 × 10-34 J s.
Vypočítajte energiu fotónu
Energiu fotónu môžeme vypočítať dvoma spôsobmi. Ak už viete frekvenciu,f, fotónu v Hz, potom použite:
E = hf
Túto rovnicu navrhol prvýkrát Max Planck, ktorý sa domnieval, že energia fotónov je kvantizovaná. Preto sa niekedy táto energetická rovnica označuje ako Planckova rovnica.
Iná forma Planckovej rovnice využíva jednoduchý vzťah, ktorý
c = \ lambda f
kdeλje vlnová dĺžka fotónu acje rýchlosť svetla, ktorá je konštantná a je 2,998 × 108 pani. Ak poznáte frekvenciu fotónu, môžete ľahko vypočítať vlnovú dĺžku podľa tohto vzorca:
\ lambda = \ frac {c} {f}
Teraz môžeme vypočítať energiu fotónu podľa ktorejkoľvek verzie Planckovej rovnice:
E = hf \ text {alebo} E = \ frac {hc} {\ lambda}
Ako jednotky energie fotónov často ako jednotky fotónu používame jednotky eV alebo elektrónové volty. Môžeš použiťh = 4.1357 × 10-15 eV s, čo má za následok rozumnejšiu energetickú škálu pre fotóny.
Ktoré fotóny sú energetickejšie?
Vzorec umožňuje veľmi ľahko zistiť, ako energia závisí od frekvencie a vlnovej dĺžky fotónu. Pozrime sa na každý z vyššie uvedených vzorcov a pozrime sa, čo znamenajú z fyziky fotónov.
Po prvé preto, lebo vlnová dĺžka a frekvencia sa vždy znásobia na konštantu, ak má fotón A a Ak je frekvencia fotónu B dvojnásobná, musí byť vlnová dĺžka fotónu A 1/2 vlnovej dĺžky fotón B.
Po druhé, môžete sa naučiť veľa o tom, ako môže frekvencia fotónu poskytnúť relatívnu predstavu o jeho energii. Napríklad pretože fotón A má vyššiu frekvenciu ako fotón B, vieme, že je dvakrát taký energický. Všeobecne môžeme vidieť, že energia sa meria priamo s frekvenciou. Podobne, pretože energia fotónu nepriamo súvisí s jeho vlnovou dĺžkou, ak má fotón A kratšiu vlnovú dĺžku ako fotón B, je opäť energickejší.
Jednoduchá fotónová energetická kalkulačka
Môže byť užitočné rýchlo odhadnúť energiu fotónov. Pretože vzťah medzi vlnovou dĺžkou fotónu a frekvenciou je taký jednoduchý a rýchlosť svetla je zhruba 3 × 108 m / s, potom, ak poznáte rádovú frekvenciu frekvencie alebo vlnovej dĺžky fotónu, môžete ľahko vypočítať ďalšiu veličinu.
Vlnová dĺžka viditeľného svetla je približne 10 −8 metrov, takže
f = 3 \ krát {\ frac {10 ^ 8} {10 ^ {- 7}} = 3 \ krát 10 ^ {15} \ text {Hz}
Na trojku môžete dokonca zabudnúť, ak sa práve pokúšate získať rýchly odhad veľkosti. Ďalej, akhje asi 4 × 10 −15 eV, potom je rýchly odhad energie fotónu viditeľného svetla
E = 4 \ krát 10 ^ {- 15} \ krát 3 \ krát 10 ^ {15} = 12 \ text {eV}
Je to dobré číslo na zapamätanie, ak chcete rýchlo zistiť, či je fotón nad alebo pod viditeľným rozsahom, ale celý tento postup je dobrým spôsobom, ako rýchlo odhadnúť fotón energie. Rýchly a ľahký postup by sa dal považovať za jednoduchú kalkulačku fotónovej energie!