โฟตอนเป็นแพ็กย่อยของพลังงานซึ่งมีพฤติกรรมคล้ายคลื่นและคล้ายอนุภาคที่น่าสนใจ โฟตอนเป็นทั้งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น แสงที่มองเห็นได้ หรือรังสีเอกซ์ แต่ยังถูกหาปริมาณในพลังงานเหมือนอนุภาค พลังงานของโฟตอนจึงเป็นผลคูณของค่าคงที่พื้นฐานที่เรียกว่าค่าคงที่พลังค์ห่า = 6.62607015 × 10-34 เจ ส.
คำนวณพลังงานของโฟตอน
เราสามารถคำนวณพลังงานของโฟตอนได้สองวิธี หากคุณทราบความถี่อยู่แล้วฉของโฟตอนในหน่วย Hz ให้ใช้:
E=hf
สมการนี้ได้รับการแนะนำครั้งแรกโดย Max Planck ผู้ตั้งทฤษฎีว่าพลังงานโฟตอนถูกหาปริมาณ ดังนั้นบางครั้งสมการพลังงานนี้จึงเรียกว่าสมการของพลังค์
สมการของพลังค์อีกรูปแบบหนึ่งใช้ความสัมพันธ์ง่ายๆ ที่
c=\แลมบ์ดา f
ที่ไหนλคือความยาวคลื่นของโฟตอน และคคือความเร็วแสงซึ่งเป็นค่าคงที่และมีค่าเท่ากับ 2.998 × 108 นางสาว. หากคุณทราบความถี่ของโฟตอน คุณสามารถคำนวณความยาวคลื่นได้อย่างง่ายดายโดยใช้สูตรต่อไปนี้:
\lambda = \frac{c}{f}
ตอนนี้เราสามารถคำนวณพลังงานของโฟตอนโดยใช้สมการของพลังค์รุ่นใดก็ได้:
E=hf\text{ หรือ }E=\frac{hc}{\lambda}
บ่อยครั้งเราใช้หน่วยของ eV หรืออิเล็กตรอนโวลต์ เป็นหน่วยสำหรับพลังงานโฟตอน แทนที่จะเป็นจูล คุณสามารถใช้ได้
โฟตอนใดมีพลังมากกว่ากัน?
สูตรนี้ทำให้ง่ายต่อการดูว่าพลังงานขึ้นอยู่กับความถี่และความยาวคลื่นของโฟตอนอย่างไร ลองดูสูตรแต่ละสูตรที่แสดงด้านบน และดูว่ามันหมายถึงอะไรเกี่ยวกับฟิสิกส์ของโฟตอน
ประการแรก เนื่องจากความยาวคลื่นและความถี่คูณด้วยค่าคงที่เสมอ ถ้าโฟตอน A มี a ความถี่ที่เป็นสองเท่าของโฟตอน B ความยาวคลื่นของโฟตอน A ต้องเท่ากับ 1/2 ของความยาวคลื่นของ โฟตอนบี
ประการที่สอง คุณสามารถเรียนรู้ได้มากมายเกี่ยวกับความถี่ของโฟตอนสามารถให้แนวคิดเชิงสัมพันธ์ของพลังงานของมันได้อย่างไร ตัวอย่างเช่น เนื่องจากโฟตอน A มีความถี่สูงกว่าโฟตอน B เราจึงรู้ว่าโฟตอนมีพลังงานเป็นสองเท่า โดยทั่วไปแล้ว เราจะเห็นได้ว่าระดับพลังงานตรงกับความถี่โดยตรง ในทำนองเดียวกัน เนื่องจากพลังงานของโฟตอนสัมพันธ์ผกผันกับความยาวคลื่นของมัน ถ้าโฟตอน A มีความยาวคลื่นสั้นกว่าโฟตอน B โฟตอน B ก็จะมีพลังมากกว่าเดิม
เครื่องคำนวณพลังงานโฟตอนอย่างง่าย
การประมาณค่าพลังงานโฟตอนอย่างรวดเร็วอาจเป็นประโยชน์ เนื่องจากความสัมพันธ์ระหว่างความยาวคลื่นโฟตอนและความถี่นั้นง่ายมาก และความเร็วของแสงจะอยู่ที่ประมาณ 3 × 108 m/s ดังนั้น ถ้าคุณทราบลำดับความสำคัญของความถี่หรือความยาวคลื่นของโฟตอน คุณก็จะสามารถคำนวณปริมาณอื่นๆ ได้อย่างง่ายดาย
ความยาวคลื่นของแสงที่มองเห็นได้ประมาณ 10 −8 เมตร ดังนั้น
f=3\times{\frac{10^8}{10^{-7}}=3\times 10^{15}\text{ Hz}
คุณยังสามารถลืม 3 ได้หากคุณแค่พยายามหาค่าประมาณการขนาดอย่างรวดเร็ว ต่อไป ถ้าห่าประมาณ 4 × 10 −15 eV ดังนั้นการประมาณอย่างรวดเร็วสำหรับพลังงานของโฟตอนแสงที่มองเห็นได้คือ
E=4\ครั้ง 10^{-15}\ครั้ง 3\ครั้ง 10^{15}=12\ข้อความ{ eV}
เป็นตัวเลขที่ดีที่จะจำไว้เผื่อว่าคุณต้องการที่จะคิดออกอย่างรวดเร็วว่าโฟตอนอยู่เหนือหรือ ต่ำกว่าช่วงที่มองเห็นได้ แต่ขั้นตอนทั้งหมดนี้เป็นวิธีที่ดีในการประมาณค่าโฟตอนอย่างรวดเร็ว พลังงาน. ขั้นตอนที่ง่ายและรวดเร็วอาจถือได้ว่าเป็นเครื่องคำนวณพลังงานโฟตอนอย่างง่าย!