Фотони - це маленькі пакети енергії, які виявляють цікаву хвилеподібну та частинкоподібну поведінку. Фотони - це електромагнітні хвилі, такі як видиме світло або рентгенівські промені, але квантовані енергією, як частинки. Отже, енергія фотона є кратною основній константі, яка називається константою Планка,h = 6.62607015 × 10-34 J s.
Обчисліть енергію фотона
Ми можемо розрахувати енергію фотона двома способами. Якщо ви вже знаєте частоту,f, фотона в Гц, то використовуйте:
E = hf
Це рівняння вперше було запропоновано Максом Планком, який висунув теорію, що енергія фотонів квантується. Тому іноді це рівняння енергії називають рівнянням Планка.
Інша форма рівняння Планка використовує просте співвідношення, яке
c = \ лямбда f
деλ- довжина хвилі фотона, іc- швидкість світла, яка є постійною і становить 2,998 × 108 РС. Якщо ви знаєте частоту фотона, ви можете легко розрахувати довжину хвилі за такою формулою:
\ lambda = \ frac {c} {f}
Тепер ми можемо розрахувати енергію фотона за будь-якою версією рівняння Планка:
E = hf \ text {або} E = \ frac {hc} {\ lambda}
Часто ми використовуємо одиниці еВ, або електронні вольти, як одиниці вимірювання енергії фотонів, замість джоулів. Можна використовуватиh = 4.1357 × 10-15 еВ с, що призводить до більш розумного масштабу енергії для фотонів.
Які фотони більш енергійні?
Формула дозволяє дуже легко побачити, як енергія залежить від частоти та довжини хвилі фотона. Давайте розглянемо кожну з формул, показаних вище, і побачимо, що вони означають щодо фізики фотонів.
По-перше, тому що довжина хвилі та частота завжди множаться до рівної константи, якщо фотон A має a частота, яка в два рази перевищує фотон B, довжина хвилі фотона A повинна бути 1/2 довжини хвилі фотон Б.
По-друге, ви можете багато дізнатись про те, як частота фотона може дати відносне уявлення про його енергію. Наприклад, оскільки фотон А має вищу частоту, ніж фотон В, ми знаємо, що він вдвічі енергійніший. Загалом, ми можемо бачити, що енергія масштабується безпосередньо з частотою. Подібним чином, оскільки енергія фотона обернена до його довжини, якщо фотон А має коротшу довжину хвилі, ніж фотон В, він знову більш енергійний.
Простий калькулятор енергії фотонів
Може бути корисно швидко оцінити енергію фотонів. Оскільки взаємозв'язок між довжиною хвилі та частотою фотонів настільки простий, а швидкість світла приблизно 3 × 108 м / с, то якщо ви знаєте порядок величини або частоти, або довжини хвилі фотона, ви можете легко розрахувати іншу величину.
Довжина хвилі видимого світла становить приблизно 10 −8 метрів, отже
f = 3 \ рази {\ frac {10 ^ 8} {10 ^ {- 7}} = 3 \ разів 10 ^ {15} \ text {Гц}
Ви навіть можете забути 3, якщо просто намагаєтесь отримати швидку оцінку порядку величини. Далі, якщоhстановить приблизно 4 × 10 −15 еВ, тоді є швидка оцінка енергії фотона видимого світла
E = 4 \ по 10 ^ {- 15} \ по 3 \ по 10 ^ {15} = 12 \ text {eV}
Це хороша цифра, яку слід пам’ятати, якщо ви хочете швидко з’ясувати, чи знаходиться фотон вище або нижче видимого діапазону, але вся ця процедура є хорошим способом швидко зробити оцінку фотона енергія. Швидку та просту процедуру можна навіть вважати простим калькулятором енергії фотонів!