Obsah
Fotóny sú malé balíčky energie, ktoré vykazujú zaujímavé správanie podobné vlnám a časticiam. Fotóny sú elektromagnetické vlny, ako napríklad viditeľné svetlo alebo röntgenové lúče, ale tiež sú kvantifikované v energii ako častice. Energia fotónu je preto násobkom základnej konštanty nazývanej Plancksova konštanta, hod = 6.62607015 × 10-34 J s _._
Vypočítajte energiu fotónu
Energiu fotónu môžeme vypočítať dvoma spôsobmi. Ak už frekvenciu poznáte, Ffotónu v Hz, potom použite E = hf, Táto rovnica bola prvýkrát navrhnutá Maxom Planckom, ktorý teoretizoval kvantizáciu fotónovej energie. Preto sa niekedy táto energetická rovnica nazýva Plancksova rovnica.
Iná forma Plancksovej rovnice používa jednoduchý vzťah, ktorý C = λ F, kde λ je vlnová dĺžka fotónu a C je rýchlosť svetla, ktorá je konštantná a je 2.998 × 108 pani. Ak poznáte frekvenciu fotónu, môžete ľahko vypočítať vlnovú dĺžku podľa nasledujúceho vzorca: λ = C / F.
Teraz môžeme vypočítať energiu fotónu pomocou oboch verzií Plancksovej rovnice: E = hf alebo E = hc / λ, Často používame jednotky eV alebo elektrónové volty ako jednotky pre fotónovú energiu namiesto joulov. Môžeš použiť hod = 4.1357 × 10-15 eV s, čo vedie k primeranejšej energetickej stupnici pre fotóny.
Ktoré fotóny sú energetickejšie?
Vzorec umožňuje veľmi ľahko zistiť, ako energia závisí od frekvencie a vlnovej dĺžky fotónu. Pozrime sa na každý z vyššie uvedených vzorcov a uvidíme, čo naznačujú o fyzike fotónov.
Po prvé, pretože vlnová dĺžka a frekvencia sa vždy vynásobia tak, aby sa rovnali konštante, ak má fotón A frekvenciu dvojnásobnú ako fotón B, musí byť vlnová dĺžka fotónu A 1/2 vlnovej dĺžky fotónu B.
Po druhé, môžete sa dozvedieť veľa o tom, ako môže frekvencia fotónu poskytnúť relatívnu predstavu o jeho energii. Napríklad, pretože fotón A má vyššiu frekvenciu ako fotón B, vieme, že je dvakrát energetickejší. Vo všeobecnosti vidíme, že energia sa mení priamo s frekvenciou. Podobne, pretože energia fotónu nepriamo súvisí s jeho vlnovou dĺžkou, ak má fotón A kratšiu vlnovú dĺžku ako fotón B, je opäť energetickejší.
Jednoduchý kalkulátor energie fotónov
Môže byť užitočné rýchlo odhadnúť energiu fotónu. Pretože vzťah medzi vlnovou dĺžkou a frekvenciou fotónu je taký jednoduchý a rýchlosť svetla je približne 3 x 108 m / s, potom ak viete rádovo buď frekvenciu alebo vlnovú dĺžku fotónu, môžete ľahko vypočítať druhú veličinu.
Vlnová dĺžka viditeľného svetla je približne 10 −8 metrov, tak F = 3 × (108 / 10 −7) = 3 × 1015 Hz. Môžete dokonca zabudnúť na 3, ak sa práve snažíte získať rýchly odhad veľkosti. Ďalšie, E = hf, takže ak hod je asi 4 x 10 −15 eV, potom je rýchly odhad energie fotónu vo viditeľnom svetle E = 4 × 10 −15× 3 × 1015alebo okolo 12 eV.
To je dobré číslo, ktoré si treba zapamätať, ak chcete rýchlo zistiť, či je fotón nad alebo pod viditeľným rozsahom, ale celý tento postup je dobrý spôsob, ako rýchlo odhadnúť energiu fotónu. Rýchla a ľahká procedúra by sa dala považovať aj za jednoduchý kalkulátor fotónovej energie!