Je svetloba val ali delci? Obe sta hkrati in pravzaprav enako velja za elektrone, kot je dokazal Paul Dirac, ko je leta 1928 predstavil svojo enačbo relativistične valovne funkcije. Izkazalo se je, da sta svetloba in snov - skoraj vse, kar sestavlja materialno vesolje - sestavljena iz kvantov, ki so delci z valovnimi značilnostmi.
Pomemben mejnik na poti do tega presenetljivega (takrat) sklepa je bilo odkritje fotoelektričnega učinka Heinricha Hertza leta 1887. Einstein je to razložil v smislu kvantne teorije leta 1905 in od takrat so fiziki to sprejeli, medtem ko se svetloba lahko obnaša kot delec, gre za delec z značilno valovno dolžino in frekvenco, te količine pa so povezane z energijo svetlobe oz. sevanje.
Max Planck valovno dolžino fotona poveže z energijo
Enačba pretvornika valovnih dolžin prihaja od očeta kvantne teorije, nemškega fizika Maxa Plancka. Okoli leta 1900 je predstavil idejo o kvantu med preučevanjem sevanja, ki ga oddaja črno telo, ki je telo, ki absorbira vsa padajoča sevanja.
Kvant je pomagal razložiti, zakaj takšno telo oddaja sevanje večinoma sredi elektromagnetnega spektra, namesto ultravijoličnega, kot predvideva klasična teorija.
Planckova razlaga je trdila, da je svetloba sestavljena iz diskretnih zavojčkov energije, imenovanih kvante, oz fotoni in da je energija lahko prevzela le diskretne vrednosti, ki so bile večkratniki univerzalnega konstanten. Konstanto, imenovano Planckova konstanta, predstavlja črkah, in ima vrednost 6,63 × 10-34 m2 kg / s ali 6,63 × 10-34 džul-sekund.
Planck je pojasnil, da energija fotona,E, je bil plod njegove pogostosti, ki jo vedno predstavlja grška črka nu (ν) in to novo konstanto. V matematičnem smislu:E = hν.
Ker je svetloba valovni pojav, lahko Planckovo enačbo izrazite z valovno dolžino, ki jo predstavlja grška črka lambda (λ), ker je za kateri koli val hitrost prenosa enaka njegovi frekvenci, pomnoženi z njegovo valovno dolžino. Ker je svetlobna hitrost konstanta, označena zc, Planckovo enačbo lahko izrazimo kot:
E = \ frac {hc} {λ}
Enačba valovne dolžine v pretvorbo energije
Preprosta prerazporeditev Planckove enačbe vam daje kalkulator takojšnje valovne dolžine za katero koli sevanje, ob predpostavki, da poznate energijo sevanja. Formula valovne dolžine je:
λ = \ frac {hc} {E}
Obojehincso konstante, zato enačba valovne dolžine v pretvorbo energije v bistvu navaja, da je valovna dolžina sorazmerna z inverzno energijo. Z drugimi besedami, sevanje z dolgimi valovi, ki je svetloba proti rdečemu koncu spektra, ima manj energije kot svetloba s kratko valovno dolžino na vijoličnem koncu spektra.
Držite enote naravnost
Fiziki merijo kvantno energijo v različnih enotah. V sistemu SI so najpogostejše energijske enote džuli, ki pa so prevelike za procese, ki se dogajajo na kvantni ravni. Elektronski volt (eV) je bolj priročna enota. To je energija, potrebna za pospeševanje posameznega elektrona skozi potencialno razliko 1 volt, in je enaka 1,6 × 10-19 džuli.
Najpogostejše enote za valovno dolžino so anstromi (Å), kjer je 1 Å = 10-10 m. Če poznate energijo kvanta v elektron-voltih, je najlažji način, da dobite valovno dolžino v ångstromih ali metrih, najprej energijo pretvoriti v džule. Nato ga lahko priključite neposredno v Planckovo enačbo in uporabite 6,63 × 10-34 m2 kg / s za Planckovo konstanto (h) in 3 × 108 m / s za svetlobno hitrost (c), lahko izračunate valovno dolžino.