المحتوى
الفوتونات عبارة عن حزم صغيرة من الطاقة ، والتي تُظهر سلوكًا شبيهاً بالموجات الشبيهة بالجسيمات. الفوتونات عبارة عن موجات كهرومغناطيسية ، مثل الضوء المرئي ، أو الأشعة السينية ، ولكن يتم تقدير كميتها أيضًا في الطاقة مثل الجزيئات. طاقة الفوتون هي بالتالي مضاعف ثابت أساسي ، يسمى بلانك ثابت ، هيدروجين = 6.62607015 × 10-34 J s _._
احسب طاقة الفوتون
يمكننا حساب طاقة الفوتون بطريقتين. إذا كنت تعرف بالفعل التردد ، F، من الفوتون في هرتز ، ثم استخدم E = HF. تم اقتراح هذه المعادلة لأول مرة بواسطة Max Planck ، الذي وضع نظرية مفادها أن طاقة الفوتون يتم تقديرها كمياً. لذلك ، في بعض الأحيان يُشار إلى معادلة الطاقة هذه باسم معادلة Plancks.
شكل آخر من المعادلات Plancks يستخدم العلاقة البسيطة التي ج = λ F، أين λ هو الطول الموجي للفوتون ، و ج هي سرعة الضوء ، والتي هي ثابتة و 2.998 × 108 الآنسة. إذا كنت تعرف تردد الفوتون ، يمكنك بسهولة حساب طول الموجة بالصيغة التالية: λ = ج / F.
يمكننا الآن حساب طاقة الفوتون من خلال أي من معادلات بلانك: E = HF أو E = hc / λ. غالبًا ما نستخدم وحدات الجهد الكهربي ، أو فولت الإلكترون ، كوحدات لطاقة الفوتون ، بدلاً من الجول. يمكنك استخدام هيدروجين = 4.1357 × 10-15 الجهد الكهربي ، والذي ينتج عنه مقياس طاقة أكثر منطقية للفوتونات.
الفوتونات التي هي أكثر حيوية؟
تجعل الصيغة من السهل جدًا رؤية كيف تعتمد الطاقة على تردد وطول موجة الفوتون. لنلقي نظرة على كل من الصيغ الموضحة أعلاه ، وانظر ماذا تعني فيزياء الفوتونات.
أولاً ، نظرًا لأن طول الموجة والتردد يتضاعفان دائمًا لتساوي ثابتًا ، إذا كان الفوتون أ له تردد يساوي ضعف ضعف الفوتون B ، يجب أن يكون الطول الموجي للفوتون أ 1/2 من طول موجة الفوتون ب.
ثانياً ، يمكنك أن تتعلم الكثير عن كيف يمكن لتكرار الفوتون أن يقدم فكرة نسبية عن طاقته. على سبيل المثال ، نظرًا لأن الفوتون "أ" يحتوي على تردد أعلى من الفوتون "ب" ، فإننا نعلم أنه ضعف الطاقة. بشكل عام ، يمكننا أن نرى أن جداول الطاقة مباشرة مع التردد. وبالمثل ، نظرًا لأن طاقة الفوتون مرتبطة عكسًا بطول الموجة ، إذا كان الفوتون أ له طول موجي أقصر من الفوتون B ، فهو أيضًا أكثر حيوية.
حاسبة الفوتون البسيطة للطاقة
قد يكون من المفيد تقدير طاقة الفوتون بسرعة. لأن العلاقة بين طول موجة الفوتون والتردد بسيطة للغاية ، وسرعة الضوء تقارب 3 × 108 م / ث ، ثم إذا كنت تعرف ترتيب حجم إما تردد أو طول موجة الفوتون ، يمكنك بسهولة حساب الكمية الأخرى.
الطول الموجي للضوء المرئي هو حوالي 10 −8 متر ، لذلك F = 3 × (108 / 10 −7) = 3 × 1015 هرتز. يمكنك أيضًا نسيان الـ 3 إذا كنت تحاول الحصول على ترتيب سريع لتقدير الحجم. التالى، E = HF، حتى إذا هيدروجين حوالي 4 × 10 −15 فولت ، ثم تقدير سريع للطاقة من الفوتون الضوء المرئي هو E = 4 × 10 −15× 3 × 1015أو حوالي 12 فولت.
وهذا هو ما يجب تذكره في حالة ما إذا كنت تريد معرفة ما إذا كان الفوتون أعلى أو أقل من النطاق المرئي بسرعة ، ولكن هذا الإجراء برمته يعد وسيلة جيدة لإجراء تقدير سريع لطاقة الفوتون. يمكن اعتبار الإجراء السريع والسهل آلة حاسبة بسيطة لطاقة الفوتون!