Fotonlar, ilginç dalga benzeri ve parçacık benzeri davranışlar sergileyen küçük enerji paketleridir. Fotonlar, hem görünür ışık gibi elektromanyetik dalgalardır, hem de x-ışınlarıdır, ancak aynı zamanda parçacıklar gibi enerjide nicelenirler. Bu nedenle bir fotonun enerjisi, Planck sabiti olarak adlandırılan temel bir sabitin katıdır.h = 6.62607015 × 10-34 J s.
Bir Fotonun Enerjisini Hesaplayın
Bir fotonun enerjisini iki şekilde hesaplayabiliriz. Frekansı zaten biliyorsanız,f, fotonun Hz cinsinden, sonra şunu kullanın:
E=hf
Bu denklem ilk olarak foton enerjisinin kuantize olduğunu teorileştiren Max Planck tarafından önerildi. Bu nedenle, bazen bu enerji denklemine Planck denklemi denir.
Planck denkleminin başka bir biçimi basit ilişkiyi kullanır.
c=\lambda f
neredeλfotonun dalga boyu vecsabit olan ve 2.998 × 10 olan ışık hızıdır.8 Hanım. Fotonun frekansını biliyorsanız, dalga boyunu aşağıdaki formülle kolayca hesaplayabilirsiniz:
\lambda = \frac{c}{f}
Şimdi bir fotonun enerjisini Planck denkleminin herhangi bir versiyonuyla hesaplayabiliriz:
E=hf\text{ veya }E=\frac{hc}{\lambda}
Foton enerjisi birimi olarak genellikle joule yerine eV veya elektron volt birimlerini kullanırız. Kullanabilirsinizh = 4.1357 × 10-15 fotonlar için daha makul bir enerji ölçeği ile sonuçlanan eV s.
Hangi Fotonlar Daha Enerjik?
Formül, enerjinin bir fotonun frekansına ve dalga boyuna nasıl bağlı olduğunu görmeyi çok kolaylaştırır. Yukarıda gösterilen formüllerin her birine bakalım ve fotonların fiziği hakkında ne anlama geldiklerini görelim.
Birincisi, eğer foton A'nın bir değeri varsa, dalga boyu ve frekans her zaman bir sabite eşit olacak şekilde çarpılır. B fotonun frekansının iki katı olan bir frekans, foton A'nın dalga boyu, fotonun dalga boyunun 1/2'si olmalıdır. foton B.
İkincisi, bir fotonun frekansının onun enerjisi hakkında nasıl göreceli bir fikir sağlayabileceği hakkında çok şey öğrenebilirsiniz. Örneğin, foton A foton B'den daha yüksek bir frekansa sahip olduğundan, onun iki kat daha enerjik olduğunu biliyoruz. Genel olarak, enerjinin doğrudan frekansla ölçeklendiğini görebiliriz. Benzer şekilde, bir fotonun enerjisi dalga boyuyla ters orantılı olduğundan, foton A fotonun B fotonundan daha kısa dalga boyuna sahipse, yine daha enerjiktir.
Basit Foton Enerji Hesaplayıcısı
Foton enerjisini hızlı bir şekilde tahmin etmek faydalı olabilir. Foton dalga boyu ve frekans arasındaki ilişki çok basit olduğundan ve ışığın hızı kabaca 3 × 108 m/s, o zaman fotonun frekansının veya dalga boyunun büyüklük sırasını biliyorsanız, diğer miktarı kolayca hesaplayabilirsiniz.
Görünür ışığın dalga boyu yaklaşık 10 −8 metre, yani
f=3\times{\frac{10^8}{10^{-7}}=3\times 10^{15}\text{ Hz}
Sadece hızlı bir büyüklük tahmini elde etmeye çalışıyorsanız, 3'ü bile unutabilirsiniz. sonraki, eğerhyaklaşık 4 × 10 −15 eV, daha sonra görünür bir ışık fotonunun enerjisi için hızlı bir tahmin
E=4\times 10^{-15}\times 3\times 10^{15}=12\text{ eV}
Bir fotonun yukarıda mı yoksa yukarıda mı olduğunu çabucak anlamak istemeniz durumunda hatırlamanız gereken iyi bir sayıdır. görünür aralığın altında, ancak tüm bu prosedür, fotonun hızlı bir tahminini yapmak için iyi bir yoldur. enerji. Hızlı ve kolay prosedür, basit bir foton enerji hesaplayıcısı olarak bile düşünülebilir!