Innehåll
Fotoner är små energipaket som uppvisar intressant vågliknande och partikelliknande beteende. Fotoner är båda elektromagnetiska vågor, såsom synligt ljus eller röntgenstrålar, men kvantiseras också i energiliknande partiklar. En fotons energi är därför en multipel av en grundkonstant, kallad Plancks konstant, h = 6.62607015 × 10-34 J s _._
Beräkna en fotons energi
Vi kan beräkna en fotons energi på två sätt. Om du redan vet frekvensen, f, av fotonen i Hz, använd sedan E = hf. Denna ekvation föreslogs först av Max Planck, som teoretiserade att fotonenergi kvantiseras. Därför benämns ibland denna energiekvation som Plancks-ekvation.
En annan form av Plancks-ekvation använder den enkla relationen som c = λ f, var λ är våglängden för foton, och c är ljusets hastighet, som är en konstant och är 2,998 × 108 Fröken. Om du vet fotonens frekvens kan du enkelt beräkna våglängden med följande formel: λ = c / f.
Nu kan vi beräkna energin för en foton med endera versionen av Plancks-ekvationen: E = hf eller E = hc / λ. Ofta använder vi enheterna eV, eller elektron volt, som enheter för foton energi, istället för joule. Du kan använda h = 4.1357 × 10-15 eV, vilket resulterar i en mer rimlig energiskala för fotoner.
Vilka fotoner är mer energiska?
Formeln gör det mycket enkelt att se hur energin beror på en fotons frekvens och våglängd. Låt oss titta på var och en av formlerna som visas ovan och se vad de innebär om fotonernas fysik.
Först, eftersom våglängden och frekvensen alltid multiplicerar till lika med en konstant, om foton A har en frekvens som är två gånger den för foton B, måste våglängden för foton A vara 1/2 av våglängden för foton B.
För det andra kan du lära dig mycket om hur en fotons frekvens kan ge en relativ uppfattning om dess energi. Eftersom foton A till exempel har en högre frekvens än foton B, vet vi att den är dubbelt så energisk. I allmänhet kan vi se att energin skalar direkt med frekvens. På samma sätt, eftersom en fotons energi är omvänt relaterad till dess våglängd, om foton A har en kortare våglängd än foton B, är den återigen mer energisk.
Enkel Photon Energy Calculator
Det kan vara användbart att snabbt uppskatta fotonenergi. Eftersom förhållandet mellan fotonvåglängd och frekvens är så enkelt och ljusets hastighet är ungefär 3 × 108 m / s, om du känner till storleksordningen för antingen fotonens frekvens eller våglängd kan du enkelt beräkna den andra mängden.
Våglängden för synligt ljus är ungefär 10 −8 meter, så f = 3 × (108 / 10 −7) = 3 × 1015 Hz. Du kan till och med glömma de 3 om du bara försöker få en snabb uppskattning av storleken. Nästa, E = hf, så om h är ungefär 4 × 10 −15 eV, då är en snabb uppskattning för en synlig ljusfotons energi E = 4 × 10 −15× 3 × 1015, eller cirka 12 eV.
Det är ett bra nummer att komma ihåg om du snabbt vill ta reda på om en foton är över eller under det synliga intervallet, men hela denna procedur är ett bra sätt att göra en snabb uppskattning av fotonenergi. Den snabba och enkla proceduren kan till och med betraktas som en enkel fotonenergiräknare!