Sisu
Footonid on väikesed energiapakid, millel on huvitav laine- ja osakeselaadne käitumine. Footonid on mõlemad elektromagnetilised lained, näiteks nähtav valgus või röntgenikiirgus, kuid kvantiseeritakse ka energiasisaldusega osakestena. Seetõttu on footoni energia põhikonstandi, mida nimetatakse Plancksi konstandiks, kordne, h = 6.62607015 × 10-34 J s _._
Arvutage footoni energia
Footoni energiat saame arvutada kahel viisil. Kui sagedust juba tead, f, footoni hertsides, siis kasutage E = hf. Seda võrrandit pakkus esmakordselt välja Max Planck, kes teoreetiliselt tegi kindlaks, et footoni energia kvantiseeritakse. Seetõttu nimetatakse seda energiavõrrandit mõnikord Plancksi võrrandiks.
Veel üks Plancks'i võrrandi vorm kasutab lihtsat suhet c = λ f, kus λ on footoni lainepikkus ja c on valguse kiirus, mis on konstant ja on 2,998 × 108 Prl. Kui teate footoni sagedust, saate hõlpsalt arvutada lainepikkuse järgmise valemi abil: λ = c / f.
Nüüd saame arvutada footoni energia Plancksi võrrandi kummagi versiooni abil: E = hf või E = hc / λ. Sageli kasutatakse footonienergia ühikutena džaulide asemel eV ühikuid ehk elektronvolte. Sa võid kasutada h = 4.1357 × 10-15 eV s, mille tulemuseks on footonite mõistlikum energiaskaala.
Millised footonid on energilisemad?
Valemi abil on väga lihtne näha, kuidas energia sõltub footoni sagedusest ja lainepikkusest. Vaatame kõiki ülaltoodud valemeid ja vaatame, mida need footonite füüsika kohta tähendavad.
Esiteks, kuna lainepikkus ja sagedus korrutuvad alati konstandiga, kui footoni A sagedus on kaks korda suurem footoni B omast, peab footoni A lainepikkus olema 1/2 footoni B lainepikkusest.
Teiseks saate teada palju sellest, kuidas footoni sagedus võib anda selle energia kohta suhtelise ettekujutuse. Näiteks kuna footon A on kõrgema sagedusega kui footon B, teame, et see on kaks korda energilisem. Üldiselt näeme, et energia skaalab otse sagedusega. Kuna footoni energia on pöördvõrdeline selle lainepikkusega, kui footonil A on lühem lainepikkus kui footonil B, on see jällegi energilisem.
Lihtne footonienergia kalkulaator
Võib olla kasulik footoni energia kiire hindamine. Kuna footoni lainepikkuse ja sageduse suhe on nii lihtne ja valguse kiirus on umbes 3 × 108 m / s, kui teate footoni sageduse või lainepikkuse suurusjärku, saate teise suuruse hõlpsalt arvutada.
Nähtava valguse lainepikkus on umbes 10 −8 meetrit, nii f = 3 × (108 / 10 −7) = 3 × 1015 Hz. Võite isegi 3 unustada, kui proovite lihtsalt saada kiiret suurusjärku. Järgmine E = hf, nii et kui h on umbes 4 × 10 −15 eV, siis on nähtava valguse footoni energia kiire hinnang E = 4 × 10 −15× 3 × 1015või umbes 12 eV.
See on hea arv, mis tuleb meelde jätta, kui soovite kiiresti teada saada, kas footon on nähtavast ulatusest kõrgemal või all, kuid see protseduur on hea viis footoni energia kiireks hindamiseks. Kiiret ja lihtsat protseduuri võib pidada isegi lihtsaks footonienergia kalkulaatoriks!