Indhold
- Max Planck-relateret fotonbølgelængde til energi
- Bølgelængde til energikonvertering ligning
- Hold dine enheder lige
Er lys en bølge eller en partikel? Det er både på samme tid og faktisk, det samme gælder for elektroner, som Paul Dirac demonstrerede, da han introducerede sin relativistiske bølgefunktionsligning i 1928. Som det viser sig, er lys og stof - stort set alt hvad der komponerer det materielle univers - er sammensat af kvanta, som er partikler med bølgeegenskaber.
Et vigtigt vartegn på vejen mod denne overraskende (dengang) konklusion var opdagelsen af den fotoelektriske effekt af Heinrich Hertz i 1887. Einstein forklarede den med hensyn til kvanteteori i 1905, og siden har fysikere accepteret det, mens lys kan opføre sig som en partikel, det er en partikel med en karakteristisk bølgelængde og frekvens, og disse mængder er relateret til energien i lyset eller strålingen.
Max Planck-relateret fotonbølgelængde til energi
Bølgelængdeomregnerligningen kommer fra kvanteteoriens far, den tyske fysiker Max Planck. Omkring 1900 introducerede han ideen om kvantet, mens han studerede den stråling, der udsendes af en sort krop, som er et legeme, der absorberer al hændelse stråling.
Kvanten var med til at forklare, hvorfor et sådant legeme udsender stråling for det meste midt i det elektromagnetiske spektrum, snarere det i den ultraviolette, som forudsagt af klassisk teori.
Plancks forklaring opstillede, at lys består af diskrete pakker med energi kaldet quanta eller fotoner, og at energien kun kunne påtage sig diskrete værdier, som var multipler af en universel konstant. Konstanten, kaldet Plancks konstant, er repræsenteret ved brevet h, og har en værdi på 6,63 × 10-34 m2 kg / s eller tilsvarende 6,63 × 10-34 joule-sekunder.
Planck forklarede, at energien fra en foton, E, var produktet af dets hyppighed, som altid er repræsenteret ved det græske bogstav nu (ν) og denne nye konstant. I matematiske termer: E = hv.
Da lys er et bølgefenomen, kan du udtrykke Plancks ligning med hensyn til bølgelængde, repræsenteret af det græske bogstav lambda (λ), fordi transmissionens hastighed for enhver bølge er lig med dens frekvens gange dens bølgelængde. Da lysets hastighed er en konstant, betegnet med c, Plancks-ligningen kan udtrykkes som:
E = frac {hc} {λ}
Bølgelængde til energikonvertering ligning
En simpel omarrangering af Plancks-ligningen giver dig en øjeblikkelig bølgelængdeberegner for enhver stråling, forudsat at du kender strålingsenergien. Bølgelængdeformlen er:
λ = frac {hc} {E}Begge h og c er konstanter, så bølgelængden til energiomdannelsesligningen siger dybest set, at bølgelængden er proportional med det inverse af energi. Med andre ord har lang bølgelængdestråling, der er lys mod den røde ende af spektret, mindre energi end kort bølgelængde på den violette ende af spektret.
Hold dine enheder lige
Fysikere måler kvanteenergi i en række enheder. I SI-systemet er de mest almindelige energienheder joule, men de er for store til processer, der sker på kvante niveau. Elektronvolt (eV) er en mere praktisk enhed. Det er den energi, der kræves for at accelerere et enkelt elektron gennem en potentialforskel på 1 volt, og det er lig med 1,6 × 10-19 joule.
De mest almindelige enheder for bølgelængde er ångstrømmer (Å), hvor 1 Å = 10-10 m. Hvis du kender energien fra et kvante i elektron volt, er den nemmeste måde at få bølgelængden i åstrstrøm eller meter først at konvertere energien til joules. Du kan derefter tilslutte det direkte til Plancks-ligningen og bruge 6.63 × 10-34 m2 kg / s for Plancks konstant (h) og 3 × 108 m / s for lysets hastighed (c), kan du beregne bølgelængden.