Fotoner är små energipaket som uppvisar intressant vågliknande och partikelliknande beteende. Fotoner är båda elektromagnetiska vågor, såsom synligt ljus, eller röntgenstrålar, men kvantiseras också i energi som partiklar. En fotonas energi är därför en multipel av en grundläggande konstant, kallad Plancks konstant,h = 6.62607015 × 10-34 J s.
Beräkna energin hos en foton
Vi kan beräkna en foton energi på två sätt. Om du redan känner till frekvensen,f, av foton i Hz, använd sedan:
E = hf
Denna ekvation föreslogs först av Max Planck, som teoretiserade att foton energi är kvantiserad. Därför kallas ibland denna energiekvation för Plancks ekvation.
En annan form av Plancks ekvation använder det enkla förhållandet som
c = \ lambda f
varλär fotonens våglängd, ochcär ljusets hastighet, som är konstant och är 2,998 × 108 Fröken. Om du känner till fotonens frekvens kan du enkelt beräkna våglängden med följande formel:
\ lambda = \ frac {c} {f}
Nu kan vi beräkna energin hos en foton med endera versionen av Plancks ekvation:
E = hf \ text {eller} E = \ frac {hc} {\ lambda}
Ofta använder vi enheterna eV, eller elektronvolt, som enheter för fotonenergi istället för joule. Du kan användah = 4.1357 × 10-15 eV s, vilket resulterar i en mer rimlig energiskala för fotoner.
Vilka foton är mer energiska?
Formeln gör det mycket enkelt att se hur energin beror på frekvensen och våglängden hos en foton. Låt oss titta på var och en av formlerna som visas ovan och se vad de innebär om fotons fysik.
Först, för att våglängden och frekvensen alltid multipliceras för att vara lika med en konstant, om foton A har en frekvensen som är två gånger den för foton B, måste våglängden för foton A vara 1/2 av våglängden för foton B.
För det andra kan du lära dig mycket om hur frekvensen hos en foton kan ge en relativ uppfattning om dess energi. Till exempel, eftersom foton A har en högre frekvens än foton B, vet vi att den är dubbelt så energisk. Generellt kan vi se att energi skalas direkt med frekvens. På samma sätt, eftersom energin hos en foton är omvänt relaterad till dess våglängd, om foton A har en kortare våglängd än foton B, är den återigen mer energisk.
Enkel fotonenergikalkylator
Det kan vara bra att snabbt uppskatta fotonergin. Eftersom förhållandet mellan fotonvåglängden och frekvensen är så enkelt och ljusets hastighet är ungefär 3 × 108 m / s, så om du känner till storleksordningen för fotonens frekvens eller våglängd, kan du enkelt beräkna den andra storleken.
Våglängden för synligt ljus är ungefär 10 −8 meter, så
f = 3 \ gånger {\ frac {10 ^ 8} {10 ^ {- 7}} = 3 \ gånger 10 ^ {15} \ text {Hz}
Du kan till och med glömma de tre om du bara försöker få en snabb storleksuppskattning. Nästa, omhär ungefär 4 × 10 −15 eV, då är en snabb uppskattning av energin hos en synlig ljusfoton
E = 4 \ gånger 10 ^ {- 15} \ gånger 3 \ gånger 10 ^ {15} = 12 \ text {eV}
Det är ett bra nummer att komma ihåg om du snabbt vill ta reda på om en foton är över eller under det synliga området, men hela proceduren är ett bra sätt att göra en snabb uppskattning av foton energi. Det snabba och enkla förfarandet kan till och med betraktas som en enkel fotonenergiräknare!