Зміст
Фотони - це невеликі пакети енергії, які проявляють цікаву поведінку, що нагадує хвилі та частинки. Фотони є і електромагнітними хвилями, такими як видиме світло, або рентгенівські промені, але також квантовані енергією, як частинки. Енергія фотона, отже, кратна фундаментальній постійній, званій постійною Планка, год = 6.62607015 × 10-34 J s _._
Обчисліть енергію фотона
Ми можемо обчислити енергію фотона двома способами. Якщо ви вже знаєте частоту, f, фотона в Гц, потім використовуйте Е = hf. Це рівняння вперше запропонував Макс Планк, який теоретизував, що енергія фотонів квантована. Тому іноді це рівняння енергії називають рівнянням Планка.
Інша форма рівняння Планкса використовує просте співвідношення, яке c = λ f, де λ - довжина хвилі фотона, і c - швидкість світла, яка є постійною і становить 2.998 × 108 м / с. Якщо ви знаєте частоту фотона, ви можете легко обчислити довжину хвилі за такою формулою: λ = c / f.
Тепер ми можемо обчислити енергію фотона за будь-якою версією рівняння Планка: Е = hf або Е = hc / λ. Часто ми використовуємо одиниці еВ або електронних вольт як одиниці енергії фотонів замість джоулів. Можна використовувати год = 4.1357 × 10-15 eV s, що призводить до більш розумної енергетичної шкали для фотонів.
Які фотони є більш енергійними?
Формула дозволяє дуже легко зрозуміти, як енергія залежить від частоти та довжини хвилі фотона. Давайте розглянемо кожну з формул, показаних вище, і побачимо, що вони мають на увазі щодо фізики фотонів.
По-перше, оскільки довжина хвилі і частота завжди помножуються на рівну постійній, якщо фотон А має частоту, яка в два рази більша від фотона В, довжина хвилі фотона А повинна бути 1/2 довжини хвилі фотона В.
По-друге, ви можете багато дізнатися про те, як частота фотона може забезпечити відносне уявлення про його енергію. Наприклад, оскільки фотон А має більш високу частоту, ніж фотон В, ми знаємо, що він вдвічі енергійніший. Загалом ми можемо бачити, що енергія масштабується безпосередньо з частотою. Так само, оскільки енергія фотона обернено пов'язана з його довжиною хвилі, якщо фотон А має меншу довжину хвилі, ніж фотон В, він знову ж таки більш енергійний.
Простий калькулятор енергії фотонів
Це може бути корисно для швидкої оцінки енергії фотонів. Тому що взаємозв'язок між довжиною хвилі фотона та частотою такий простий, а швидкість світла приблизно 3 × 108 м / с, то якщо ви знаєте порядок величини частоти або довжини хвилі фотона, ви можете легко обчислити іншу величину.
Довжина хвилі видимого світла приблизно 10 −8 метрів, значить f = 3 × (108 / 10 −7) = 3 × 1015 Гц. Ви навіть можете забути 3, якщо ви просто намагаєтесь отримати швидкий порядок оцінки величини. Далі, Е = hf, так що якщо год становить приблизно 4 × 10 −15 еВ, то швидка оцінка енергії фотона видимого світла Е = 4 × 10 −15× 3 × 1015, або близько 12 еВ.
Це гарне число, яке слід пам’ятати, якщо ви хочете швидко зрозуміти, чи є фотон вище або нижче видимого діапазону, але вся ця процедура є хорошим способом швидкої оцінки енергії фотона. Швидку та просту процедуру можна навіть вважати простим калькулятором енергії фотонів!