Fotoni so majhni zavojčki energije, ki kažejo zanimivo valovito in delcem podobno vedenje. Fotoni so elektromagnetni valovi, kot so vidna svetloba ali rentgenski žarki, vendar so tudi kvantizirani v energiji kot delci. Energija fotona je torej večkratnik temeljne konstante, imenovane Planckova konstanta,h = 6.62607015 × 10-34 J s.
Izračunaj energijo fotona
Energijo fotona lahko izračunamo na dva načina. Če že poznate frekvenco,f, fotona v Hz, nato uporabite:
E = hf
To enačbo je prvi predlagal Max Planck, ki je teoretiziral, da je fotonska energija kvantizirana. Zato včasih to energijsko enačbo imenujemo Planckova enačba.
Druga oblika Planckove enačbe uporablja preprosto razmerje, ki
c = \ lambda f
kjeλje valovna dolžina fotona incje svetlobna hitrost, ki je konstanta in znaša 2,998 × 108 gospa. Če poznate frekvenco fotona, lahko valovno dolžino enostavno izračunate po naslednji formuli:
\ lambda = \ frac {c} {f}
Zdaj lahko energijo fotona izračunamo po kateri koli različici Planckove enačbe:
E = hf \ text {ali} E = \ frac {hc} {\ lambda}
Pogosto kot enote za energijo fotonov namesto džulov uporabljamo enote eV ali elektronske volte. Lahko uporabišh = 4.1357 × 10-15 eV s, kar ima za posledico bolj sprejemljivo energijsko lestvico za fotone.
Kateri fotoni so bolj energični?
S formulo je zelo enostavno videti, kako je energija odvisna od frekvence in valovne dolžine fotona. Oglejmo si vsako od zgornjih formul in poglejmo, kaj pomenijo za fiziko fotonov.
Prvič, ker se valovna dolžina in frekvenca vedno pomnožita na enako konstanto, če ima foton A a frekvenca, ki je dvakrat večja od fotona B, mora biti valovna dolžina fotona A 1/2 valovne dolžine foton B.
Drugič, veliko se lahko naučite o tem, kako lahko frekvenca fotona daje relativno predstavo o njegovi energiji. Na primer, ker ima foton A višjo frekvenco kot foton B, vemo, da je dvakrat bolj energičen. Na splošno lahko vidimo, da se energija lestvi neposredno s frekvenco. Podobno, ker je energija fotona obratno povezana z njegovo valovno dolžino, če ima foton A krajšo valovno dolžino od fotona B, je spet bolj energičen.
Preprost kalkulator energije fotonov
Koristno je hitro oceniti energijo fotonov. Ker je razmerje med valovno dolžino in frekvenco fotona tako preprosto in je svetlobna hitrost približno 3 × 108 m / s, potem, če poznate velikostni red frekvence ali valovne dolžine fotona, lahko enostavno izračunate drugo količino.
Valovna dolžina vidne svetlobe je približno 10 −8 metrov, torej
f = 3 \ krat {\ frac {10 ^ 8} {10 ^ {- 7}} = 3 \ krat 10 ^ {15} \ besedilo {Hz}
Na 3 lahko celo pozabite, če samo poskušate hitro dobiti oceno velikosti. Naslednji, čehje približno 4 × 10 −15 eV, potem je hitra ocena energije fotona vidne svetlobe
E = 4 \ krat 10 ^ {- 15} \ krat 3 \ krat 10 ^ {15} = 12 \ besedilo {eV}
To si je dobro zapomniti, če želite hitro ugotoviti, ali je foton zgoraj oz pod vidnim območjem, vendar je celoten postopek dober način za hitro oceno fotona energija. Hiter in enostaven postopek lahko celo štejemo za preprost kalkulator fotonske energije!
