Indhold
Fotoner er små energipakker, der udviser interessant bølgelignende og partikellignende opførsel. Fotoner er begge elektromagnetiske bølger, såsom synligt lys eller røntgenstråler, men kvantificeres også i energi som partikler. En fotons energi er derfor en multipel af en grundlæggende konstant, kaldet Plancks konstant, h = 6.62607015 × 10-34 J s _._
Beregn en fotons energi
Vi kan beregne en fotons energi på to måder. Hvis du allerede kender hyppigheden, f, af fotonen i Hz, brug derefter E = hf. Denne ligning blev først foreslået af Max Planck, som teoretiserede, at fotonenergi kvantificeres. Derfor benævnes undertiden denne energi ligning som Plancks ligning.
En anden form for Plancks-ligning bruger det enkle forhold c = λ f, hvor λ er bølgelængden for fotonen, og c er lysets hastighed, som er en konstant og er 2.998 × 108 Frk. Hvis du kender fotonens frekvens, kan du nemt beregne bølgelængden med følgende formel: λ = c / f.
Nu kan vi beregne en fotons energi ved hjælp af begge versioner af Plancks-ligningen: E = hf eller E = hc / λ. Ofte bruger vi enhederne af eV eller elektron volt som enheder til fotonenergi i stedet for joules. Du kan bruge h = 4.1357 × 10-15 eV'er, hvilket resulterer i en mere fornuftig energiskala for fotoner.
Hvilke fotoner er mere energiske?
Formlen gør det meget let at se, hvordan energien afhænger af en fotons frekvens og bølgelængde. Lad os se på hver af de formler, der er vist ovenfor, og se, hvad de indebærer for fotonernes fysik.
For det første, fordi bølgelængden og frekvensen altid formere sig til at være lig med en konstant, hvis foton A har en frekvens, der er to gange længden af foton B, skal bølgelængden for foton A være 1/2 af bølgelængden for foton B.
For det andet kan du lære meget om, hvordan frekvensen af en foton kan give en relativ idé om dens energi. Da foton A for eksempel har en højere frekvens end foton B, ved vi, at den er dobbelt så energisk. Generelt kan vi se, at energien skalerer direkte med frekvens. På samme måde fordi energien i en foton er omvendt relateret til dens bølgelængde, hvis foton A har en kortere bølgelængde end foton B, er den igen mere energisk.
Enkel Photon Energy Calculator
Det kan være nyttigt at hurtigt estimere fotonenergi. Fordi forholdet mellem fotonbølgelængde og frekvens er så enkelt, og lysets hastighed er omtrent 3 × 108 m / s, så hvis du kender størrelsesordenen til enten frekvensen eller bølgelængden af fotonen, kan du nemt beregne den anden mængde.
Bølgelængden for synligt lys er cirka 10 −8 meter, så f = 3 × (108 / 10 −7) = 3 × 1015 Hz. Du kan endda glemme de 3, hvis du bare prøver at få en hurtig størrelsesordenestimering. Næste, E = hf, så hvis h er ca. 4 × 10 −15 eV, så er et hurtigt estimat for energien fra et synligt lysfoton E = 4 × 10 −15× 3 × 1015, eller omkring 12 eV.
Det er et godt antal at huske, hvis du hurtigt vil finde ud af, om et foton er over eller under det synlige interval, men hele denne procedure er en god måde at foretage et hurtigt estimat af fotonenergi på. Den hurtige og lette procedure kan endda betragtes som en enkel fotonenergiregner!