Світло - це хвиля чи частинка? Це обидва одночасно, і насправді, те саме стосується електронів, як це продемонстрував Пол Дірак, представляючи своє рівняння релятивістської хвильової функції в 1928 році. Як виявляється, світло і матерія - майже все, що становить матеріальний Всесвіт - складається з квантів, які є частинками з хвильовими характеристиками.
Головною віхою на шляху до цього дивного (на той час) висновку було відкриття фотоефекту Генріхом Герцем у 1887 році. Ейнштейн пояснив це з точки зору квантової теорії в 1905 році, і з тих пір фізики визнали це, хоча світло може поводитися як частинка, це частинка з характерною довжиною хвилі та частотою, і ці величини пов'язані з енергією світла або випромінювання.
Макс Планк, пов'язаний з довжиною хвилі фотонів з енергією
Рівняння перетворювача довжини хвилі походить від батька квантової теорії, німецького фізика Макса Планка. Близько 1900 року він представив ідею кванту під час вивчення випромінювання, випромінюваного чорним тілом, яке є тілом, яке поглинає все падаюче випромінювання.
Квант допоміг пояснити, чому таке тіло випромінює випромінювання здебільшого в середині електромагнітного спектра, а не в ультрафіолеті, як передбачала класична теорія.
Пояснення Планка стверджувало, що світло складається з дискретних пакетів енергії, званих квантами, або фотони, і що енергія могла приймати лише дискретні значення, кратні універсальному постійний. Константа, яка називається константою Планка, представлена буквоюh, і має значення 6,63 × 10-34 м2 кг / с або еквівалентно 6,63 × 10-34 джоуль-секунд.
Планк пояснив, що енергія фотона,Е, було добутком його частоти, яка завжди представлена грецькою літерою nu (ν) і ця нова константа. У математичному плані:Е = hν.
Оскільки світло є хвильовим явищем, ви можете виразити рівняння Планка через довжину хвилі, представлену грецькою літерою лямбда (λ), оскільки для будь-якої хвилі швидкість передачі дорівнює частоті, помноженій на довжину хвилі. Оскільки швидкість світла є постійною, позначаєтьсяc, Рівняння Планка можна виразити як:
E = \ frac {hc} {λ}
Рівняння перетворення довжини хвилі в енергію
Проста перестановка рівняння Планка дає вам калькулятор миттєвої довжини хвилі для будь-якого випромінювання, якщо ви знаєте енергію випромінювання. Формула довжини хвилі:
λ = \ frac {hc} {E}
І те, і іншеhіcє постійними, тому рівняння перетворення довжини хвилі в енергію в основному говорить, що довжина хвилі пропорційна оберненій енергії. Іншими словами, довгохвильове випромінювання, яке спрямоване на червоний кінець спектру, має менше енергії, ніж короткохвильове світло на фіолетовому кінці спектру.
Тримайте свої одиниці прямо
Фізики вимірюють квантову енергію в різних одиницях. У системі СІ найпоширенішими одиницями енергії є джоулі, але вони занадто великі для процесів, що відбуваються на квантовому рівні. Електрон-вольт (еВ) є більш зручною одиницею вимірювання. Це енергія, необхідна для прискорення окремого електрона через різницю потенціалів 1 вольт, і вона дорівнює 1,6 × 10-19 джоулів.
Найбільш поширеними одиницями довжини хвилі є ангстреми (Å), де 1 Å = 10-10 м. Якщо ви знаєте енергію кванта в електровольтах, найпростіший спосіб отримати довжину хвилі в ангстремах або метрах - це перетворити енергію спочатку в джоулі. Потім ви можете підключити його безпосередньо до рівняння Планка, використовуючи 6,63 × 10-34 м2 кг / с для постійної Планка (h) і 3 × 108 м / с для швидкості світла (c), можна розрахувати довжину хвилі.