Innhold
Fotoner er små energipakker som viser interessant bølgelignende og partikkelaktig oppførsel. Fotoner er begge elektromagnetiske bølger, for eksempel synlig lys eller røntgenstråler, men er også kvantifisert i energi som partikler. Energien til et foton er derfor et multiplum av en grunnleggende konstant, kalt Plancks konstant, h = 6.62607015 × 10-34 J s _._
Beregn energien til et foton
Vi kan beregne energien til et foton på to måter. Hvis du allerede vet frekvensen, f, av fotonet i Hz, bruk deretter E = hf. Denne ligningen ble først antydet av Max Planck, som teoretiserte at fotonenergi er kvantisert. Derfor blir noen ganger denne energilikningen referert til som Plancks-ligningen.
En annen form for Plancks-ligningen bruker det enkle forholdet som c = λ f, hvor λ er bølgelengden til fotonet, og c er lysets hastighet, som er en konstant og er 2,998 × 108 m / s. Hvis du vet hvor ofte fotonet er, kan du enkelt beregne bølgelengden med følgende formel: λ = c / f.
Nå kan vi beregne energien til et foton ved en av versjonene av Plancks-ligningen: E = hf eller E = hc / λ. Ofte bruker vi enhetene til eV, eller elektron volt, som enhetene for fotonenergi, i stedet for joule. Du kan bruke h = 4.1357 × 10-15 eV, som resulterer i en mer fornuftig energiskala for fotoner.
Hvilke fotoner er mer energiske?
Formelen gjør det veldig enkelt å se hvordan energien avhenger av frekvensen og bølgelengden til et foton. La oss se på hver av formlene som er vist ovenfor, og se hva de innebærer om fysikken til fotoner.
For det første fordi bølgelengden og frekvensen alltid formerer seg til å være lik en konstant, hvis foton A har en frekvens som er to ganger lengden fra foton B, må bølgelengden til foton A være 1/2 av bølgelengden til foton B.
For det andre kan du lære mye om hvordan frekvensen til et foton kan gi en relativ idé om energien. Siden foton A for eksempel har en høyere frekvens enn foton B, vet vi at det er dobbelt så energisk. Generelt kan vi se at energien skaleres direkte med frekvens. På samme måte fordi energien til et foton er omvendt relatert til dens bølgelengde, hvis foton A har en kortere bølgelengde enn foton B, er den igjen mer energisk.
Enkel Photon Energy Calculator
Det kan være nyttig å raskt estimere fotonenergi. Fordi forholdet mellom fotonbølgelengde og frekvens er så enkelt, og lysets hastighet er omtrent 3 × 108 m / s, så hvis du vet størrelsesordenen til enten frekvensen eller bølgelengden til fotonet, kan du enkelt beregne den andre mengden.
Bølgelengden til synlig lys er omtrent 10 −8 meter, altså f = 3 × (108 / 10 −7) = 3 × 1015 Hz. Du kan til og med glemme de 3 hvis du bare prøver å få et raskt orden på størrelsesorden. Neste, E = hf, så hvis h er omtrent 4 × 10 −15 eV, så er et raskt estimat for energien til et synlig lysfoton E = 4 × 10 −15× 3 × 1015, eller rundt 12 eV.
Det er et godt antall å huske i tilfelle du raskt vil finne ut om et foton er over eller under det synlige området, men hele prosedyren er en god måte å lage et raskt estimat av fotonenergi på. Den raske og enkle prosedyren kan til og med betraktes som en enkel fotonenergikalkulator!