Je svetlo vlna alebo častica? Je to oboje v rovnakom čase a v skutočnosti to isté platí pre elektróny, ako demonštroval Paul Dirac, keď v roku 1928 predstavil svoju rovnicu relativistickej vlnovej funkcie. Ako sa ukázalo, svetlo a hmota - vlastne všetko, čo tvorí hmotný vesmír - sú zložené z kvant, ktoré sú časticami s vlnovými charakteristikami.
Hlavným medzníkom na ceste k tomuto prekvapivému (vtedajšiemu) záveru bol objav fotoelektrického javu Heinricha Hertza v roku 1887. Einstein to vysvetlil kvantovou teóriou v roku 1905 a odvtedy fyzici pripustili, že hoci sa svetlo môže správať ako častica, je to častica s charakteristickou vlnovou dĺžkou a frekvenciou a tieto veličiny súvisia s energiou svetla alebo žiarenie.
Vlnová dĺžka fotónu súvisiaca s maximálnou Planckovou energiou
Rovnica prevodníka vlnovej dĺžky pochádza od otca kvantovej teórie, nemeckého fyzika Maxa Plancka. Okolo roku 1900 predstavil myšlienku kvanta pri štúdiu žiarenia emitovaného čiernym telesom, čo je teleso absorbujúce všetko dopadajúce žiarenie.
Kvantum pomohlo vysvetliť, prečo také teleso vyžaruje žiarenie väčšinou uprostred elektromagnetického spektra, skôr ako ultrafialové, ako predpovedá klasická teória.
Planckove vysvetlenie predpokladalo, že svetlo sa skladá z samostatných balíkov energie nazývaných kvantá alebo fotóny, a že energia mohla nadobúdať iba diskrétne hodnoty, ktoré boli násobkami univerzálu konštantný. Konštantu, ktorá sa nazýva Planckova konštanta, predstavuje písmenoh, a má hodnotu 6,63 × 10-34 m2 kg / s alebo ekvivalentne 6,63 × 10-34 joule-sekundy.
Planck vysvetlil, že energia fotónu,E, bol produktom jeho frekvencie, ktorú vždy predstavuje grécke písmeno nu (ν) a táto nová konštanta. Matematicky:E = hν.
Pretože svetlo je vlnový jav, môžete Planckovu rovnicu vyjadriť pomocou vlnovej dĺžky, ktorú predstavuje grécke písmeno lambda (λ), pretože pre každú vlnu sa rýchlosť prenosu rovná jej frekvencii krát jej vlnová dĺžka. Pretože rýchlosť svetla je konštantná, označuje sac, Planckovu rovnicu možno vyjadriť ako:
E = \ frac {hc} {λ}
Rovnica vlnovej dĺžky na energiu
Jednoduché preskupenie Planckovej rovnice vám poskytne okamžitý kalkulátor vlnovej dĺžky pre akékoľvek žiarenie za predpokladu, že poznáte energiu žiarenia. Vzorec vlnovej dĺžky je:
λ = \ frac {hc} {E}
Obojehacsú konštanty, takže rovnica premeny vlnovej dĺžky na energiu v podstate tvrdí, že vlnová dĺžka je úmerná inverznej energii. Inými slovami, žiarenie s dlhou vlnovou dĺžkou, ktoré je svetlom smerom k červenému koncu spektra, má menej energie ako svetlo s krátkou vlnovou dĺžkou na fialovom konci spektra.
Majte svoje jednotky vyrovnané
Fyzici merajú kvantovú energiu v rôznych jednotkách. V systéme SI sú najbežnejšími energetickými jednotkami jouly, ktoré sú však príliš veľké na procesy prebiehajúce na kvantovej úrovni. Elektrónvolt (eV) je pohodlnejšia jednotka. Je to energia potrebná na urýchlenie jedného elektrónu cez potenciálny rozdiel 1 volt a rovná sa 1,6 × 10-19 joulov.
Najbežnejšie jednotky pre vlnovú dĺžku sú ångstroms (Å), kde 1 Å = 10-10 m. Ak poznáte energiu kvanta vo elektrónvoltoch, najjednoduchší spôsob, ako získať vlnovú dĺžku v ångstrômoch alebo metroch, je najprv premeniť energiu na jouly. Potom ho môžete zapojiť priamo do Planckovej rovnice a pomocou 6,63 × 10-34 m2 kg / s pre Planckovu konštantu (h) a 3 × 108 m / s pre rýchlosť svetla (c), môžete vypočítať vlnovú dĺžku.