Как зависит энергия фотона от частоты колебаний и длины волны

Энергия фотона

Из курса физики 11 класса известно, что электромагнитное излучение переносит энергию и существует не в виде непрерывного потока, а только в виде порций — квантов, которые называются фотонами. То есть каждый фотон несёт некоторую энергию. Рассмотрим, от чего зависит эта энергия, какие свойства фотона на неё влияют, приведём формулу энергии фотона.

Энергия излучения и фотоэффект

Идея о том, что свет переносит некоторую энергию, высказывалась ещё в античности. Однако строгие доказательства этого были получены лишь в XIX в. на основе электродинамики Максвелла. В соответствии с этой теорией электромагнитное поле обладает энергией, и его изменения — электромагнитные волны — переносят эту энергию.

В середине XIX в. был открыт фотоэффект, наиболее подробно изученный А. Столетовым.

Было установлено, что в результате облучения из катода выбиваются электроны, которые могут двигаться под действием внешнего поля. Были установлены законы фотоэффекта, гласящие, что:

• фототок насыщения пропорционален световому потоку;
• кинетическая энергия выбитых электронов зависит не от интенсивности облучения, а от его частоты;
• существует некоторая минимальная частота облучения, ниже которой фотоэффект резко исчезает.

В рамках электродинамики Максвелла объяснить два последние закона было невозможно.

Теория фотоэффекта и энергия фотона

Теория, объясняющая законы фотоэффекта, была разработана в 1905 г. А. Эйнштейном на основе предположения М. Планка о том, что свет существует только в виде порций-квантов — фотонов. При этом энергия фотона прямо пропорциональна его частоте (используется обозначение $\nu$):

Коэффициент $h$, входящий в эту формулу, называется постоянной Планка. Поскольку энергия в системе СИ измеряется в джоулях, а частота — в герцах, то размерность этой постоянной выражается в джоулях на герц или в джоуль-секундах.

Теория фотоэффекта хорошо объяснила второй и третий законы Столетова. Выбивание электронов из атомов происходит под действием энергии, передаваемой фотонами. Часть энергии фотона тратится на разрыв связи в атоме (работа выхода), а остаток превращается в кинетическую энергию выбитого электрона:

И поскольку энергия фотона зависит от частоты, то и кинетическая энергия выбитых электронов будет зависеть от частоты. При этом если энергия фотона будет меньше работы выхода, то электрон не будет выбит из атома, фотоэффект исчезнет. Возникает красная граница фотоэффекта.

Постоянная Планка, входящая в формулу энергии фотона, оказалась очень малой. Её величина равна:

$$h=6.63 \times 10^Дж \cdot с$$

Энергия отдельного фотона также очень мала. Например, для зелёного света, к которому человеческий глаз наиболее чувствителен, она составляет около $4 \times 10^$ Дж или 2,5 эВ.

Что мы узнали?

Фотон — это квант электромагнитного поля, энергия которого пропорциональна частоте. Коэффициент пропорциональности в формуле энергии фотона называется постоянной Планка. Энергия отдельного фотона очень невелика и для видимого света составляет единицы электронвольт.

Как изменится энергия фотона

Задание 22. Монохроматический свет с длиной волны падает на поверхность металла, вызывая фотоэффект. Как изменятся энергия фотонов падающего излучения и работа выхода электронов с поверхности металла, если увеличить длину волны падающего света? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Энергия фотона определяется как , то есть при увеличении длины волны , энергия фотонов уменьшается. Работа выхода определяется красной границей фотоэффекта и не зависит от длины волны падающего света, поэтому она останется неизменной.

Как изменится энергия фотонов при уменьшении длины световой волны в 3 раза?

Как изменится энергия фотонов при уменьшении длины световой волны в 3 раза?

E = hν энергия, постоянная Планка, ν частота колебаний .

с — скорость светаλ — длина волны.

при уменьшении длины волны в три раза энергия возрастет в три раза.

Как изменится излучаемая в единицу времени энергия при уменьшении частоты излучения электромагнитных волн в 3 раза?

Как изменится излучаемая в единицу времени энергия при уменьшении частоты излучения электромагнитных волн в 3 раза?

При уменьшении в 2 раза длины волны света, падающего на металлическую пластинку, максимальная кинетическая энергия электронов увеличилась в 3 раза?

При уменьшении в 2 раза длины волны света, падающего на металлическую пластинку, максимальная кинетическая энергия электронов увеличилась в 3 раза.

Определите работу выхода электронов, если первоначальная энергия фотонов равнялась 10 эВ.

Определите энергию фотона с длиной волны 400нм?

Определите энергию фотона с длиной волны 400нм.

Энергия фотонов при уменьшении длинны световой волны в 2 раза : А)Уменьшится в 2 раза?

Энергия фотонов при уменьшении длинны световой волны в 2 раза : А)Уменьшится в 2 раза.

Б)уменьшится в 4 раза.

В)увеличится в 2 раза.

Г)увеличится в 4 раза?

Как изменится длина звуковой волны при уменьшении частоты колебаний ее источника в 2 раза?

Как изменится длина звуковой волны при уменьшении частоты колебаний ее источника в 2 раза?

При увеличении длинны световой волны масса фотонов : А)Увеличится Б)уменьшится В)не изменится?

При увеличении длинны световой волны масса фотонов : А)Увеличится Б)уменьшится В)не изменится.

Как нужно изменить частоту световой волны, что бы энергию фотона 2 световом пучке увеличилась в 1?

Как нужно изменить частоту световой волны, что бы энергию фотона 2 световом пучке увеличилась в 1.

Найти длину волны светового излучения с энергией фотонов 2•10 — 19 степени дж?

Найти длину волны светового излучения с энергией фотонов 2•10 — 19 степени дж?

На сколько процентов энергия фотона с длиной волны 500 нм больше энергии фотона с длиной волны 600 нм?

На сколько процентов энергия фотона с длиной волны 500 нм больше энергии фотона с длиной волны 600 нм?

Определите энергию фотонов соответствующим волнам с длиной волны 300 нм?

Определите энергию фотонов соответствующим волнам с длиной волны 300 нм.

Перед вами страница с вопросом Как изменится энергия фотонов при уменьшении длины световой волны в 3 раза?, который относится к категории Физика. Уровень сложности соответствует учебной программе для учащихся 10 — 11 классов. Здесь вы найдете не только правильный ответ, но и сможете ознакомиться с вариантами пользователей, а также обсудить тему и выбрать подходящую версию. Если среди найденных ответов не окажется варианта, полностью раскрывающего тему, воспользуйтесь «умным поиском», который откроет все похожие ответы, или создайте собственный вопрос, нажав кнопку в верхней части страницы.

На 74 градусов. Наверное так.

Площадь верхнего основания конуса не имеет никакого значения. Со стороны нижнего основания на стол действует сила mg, распределённая по площади Sa Единственно, надо площадь перевести в квадратные метры Sa = 4 см² = 4 / 10000 м² = 0, 0004 м² P = mg /..

Поскольку за ПЕРИОД грузик пройдет расстояние, равное четырем амплитудам : L₀ = 4 * 3 = 12 см или 0, 12 м то число колебаний : n = L / L₀ = 0, 36 / 0, 12 = 3 Ответ : 3 колебания.

Q = λ * m = 4 * 330000 = 1320000Дж или 1320 кДж.

Решение Q = m * λ Отсюда находим массу m = Q / λ = 0, 1 кг 100 грамм свинца.

V = 72 км / ч = 20 м / с ; = V² / R = 20² / 500 = 0, 8 м / с² ; N = m(g — ) = 500×(10 — 0, 8) = 4600 Н (4500, если брать g за 9. 8 м / с²).

Правильный ответ это б.

0, 3 * m1 = N * 0, 2 0, 1 * N = 0, 3 * M m1 = 2M M = 1, 2 кг.

Потому что перемещение , cкорость, ускорение — величины векторные и работать с векторами труднее чем с проекциями.

Ответ : Объяснение : Дано : S₁ = S / 4V₁ = 72 км / чS₂ = 3·S / 4V₂ = 15 м / с____________Vcp — ? Весь путь равен S. Время на первой четверти пути : t₁ = S₁ / V₁ = S / (72·4) = S / 288 чВремя на остальной части пути : t₂ = S₂ / V₂ = 3·S / (15·4) = 3..

Как изменится энергия фотона

В современной трактовке гипотеза квантов утверждает, что энергия E колебаний атома или молекулы может быть равна hν, 2hν, 3hν и т.д., но не существует колебаний с энергией в промежутке между двумя последовательными целыми, кратными />. Это означает, что энергия не непрерывна, как полагали на протяжении столетий, а квантуется, т.е. существует лишь в строго определенных дискретных порциях. Наименьшая порция />называется квантом энергии. Гипотезу квантов можно сформулировать и как утверждение о том, что на атомно-молекулярном уровне колебания происходят не с любыми амплитудами. Допустимые значения амплитуды связаны с частотой колебания ν.

В 1905 г. Эйнштейн выдвинул смелую идею, обобщавшую гипотезу квантов, и положил ее в основу новой теории света (квантовой теории фотоэффекта). Согласно теории Эйнштейна, свет с частотой νне только испускается, как это предполагал Планк, но и распространяется и поглощается веществом отдельными порциями (квантами), энергия которых . Таким образом, распространение света нужно рассматривать не как непрерывный волновой процесс, а как поток локализованных в пространстве дискретных световых квантов, движущихся со скоростью распространения света в вакууме (с). Квант электромагнитного излучения получил название фотон.

Как мы уже говорили, испускание электронов с поверхности металла под действием падающего на него излучения соответствует представлению о свете как об электромагнитной волне, т.к. электрическое поле электромагнитной волны воздействует на электроны в металле и вырывает некоторые из них. Но Эйнштейн обратил внимание на то, что предсказываемые волновой теорией и фотонной (квантовой корпускулярной) теорией света детали фотоэффекта существенно расходятся.

Итак, мы можем измерить энергию вылетевшего электрона, исходя из волновой и фотонной теории. Чтобы ответить на вопрос, какая теория предпочтительней, рассмотрим некоторые детали фотоэффекта.

Начнем с волновой теории, и предположим, что пластина освещается монохроматическим светом. Световая волна характеризуется параметрами: интенсивностью и частотой (или длиной волны). Волновая теория предсказывает, что при изменении этих характеристик происходят следующие явления:

· при увеличении интенсивности света число выбитых электронов и их максимальная энергия должны возрастать, т.к. более высокая интенсивность света означает большую амплитуду электрического поля, а более сильное электрическое поле вырывает электроны с большей энергией;

выбитых электронов; кинетическая энергия зависит только от интенсивности падающего света.

Совершенно иное предсказывает фотонная (корпускулярная) теория. Прежде всего, заметим, что в монохроматическом пучке все фотоны имеют одинаковую энергию (равную hν). Увеличение интенсивности светового пучка означает увеличение числа фотонов в пучке, но не сказывается на их энергии, если частота остается неизменной. Согласно теории Эйнштейна, электрон выбивается с поверхности металла при соударении с ним отдельного фотона. При этом вся энергия фотона передается электрону, а фотон перестает существовать. Т.к. электроны удерживаются в металле силами притяжения, для выбивания электрона с поверхности металла требуется минимальная энергия A (которая называется работой выхода и составляет, для большинства металлов, величину порядка нескольких электронвольт). Если частота ν падающего света мала, то энергии и энергии фотона недостаточно для того, чтобы выбить электрон с поверхности металла. Если же , то электроны вылетают с поверхности металла, причем энергия в таком процессе сохраняется, т.е. энергия фотона (hν) равна кинетической энергии вылетевшего электрона плюс работе по выбиванию электрона из металла:

(2.3.1)

Уравнение (2.3.1) называется уравнением Эйнштейна для внешнего фотоэффекта.

На основе этих соображений, фотонная (корпускулярная) теория света предсказывает следующее.

1. Увеличение интенсивности света означает увеличение числа налетающих фотонов, которые выбивают с поверхности металла больше электронов. Но так как энергия фотонов одна и та же, максимальная кинетическая энергия электрона не изменится (подтверждается I закон фотоэффекта).

2. При увеличении частоты падающего света максимальная кинетическая энергия электронов линейно возрастает в соответствии с формулой Эйнштейна (2.3.1). (Подтверждение II закона фотоэффекта). График этой зависимости представлен на рис. 2.3.

,

Рис. 2.3

3. Если частота ν меньше критической частоты , то выбивание электронов с поверхности не происходит (III закон).

Итак, мы видим, что предсказания корпускулярной (фотонной) теории сильно отличаются от предсказаний волновой теории, но очень хорошо совпадают с тремя экспериментально установленными законами фотоэффекта.

Уравнение Эйнштейна было подтверждено опытами Милликена, выполненными в 1913–1914 гг. Основное отличие от опыта Столетова в том, что поверхность металла подвергалась очистке в вакууме. Исследовалась зависимость максимальной кинетической энергии от частоты и определялась постоянная Планка h.

В 1926 г. российские физики П.И. Лукирский и С.С. Прилежаев для исследования фотоэффекта применили метод вакуумного сферического конденсатора. Анодом служили посеребренные стенки стеклянного сферического баллона, а катодом – шарик (R ≈ 1,5 см) из исследуемого металла, помещенного в центр сферы. Такая форма электродов позволяла увеличить наклон ВАХ и тем самым более точно определить задерживающее напряжение (а следовательно, и h). Значение постоянной Планка h, полученное из этих опытов, согласуется со значениями, найденными другими методами (по излучению черного тела и по коротковолновой границе сплошного рентгеновского спектра). Все это является доказательством правильности уравнения Эйнштейна, а вместе с тем и его квантовой теории фотоэффекта.

Для объяснения теплового излучения Планк предположил, что свет испускается квантами. Эйнштейн при объяснении фотоэффекта предположил, что свет поглощается квантами. Также Эйнштейн предположил, что свет и распространяется квантами, т.е. порциями. Квант световой энергии получил название фотон. Т.е. опять пришли к понятию корпускула (частица).

Наиболее непосредственное подтверждение гипотезы Эйнштейна дал опыт Боте, в котором использовался метод совпадения (рис. 2.4).

Рис. 2.4

Тонкая металлическая фольга Ф помещалась между двумя газоразрядными счетчиками Сч. Фольга освещалась слабым пучком рентгеновских лучей, под действием которых она сама становилась источником рентгеновских лучей (это явление называется рентгеновской флуоресценцией). Вследствие малой интенсивности первичного пучка, количество квантов, испускаемых фольгой, было невелико. При попадании квантов на счетчик механизм срабатывал и на движущейся бумажной ленте делалась отметка. Если бы излучаемая энергия распространялась равномерно во все стороны, как это следует из волновых представлений, оба счетчика должны были срабатывать одновременно и отметки на ленте приходились бы одна против другой. В действительности же наблюдалось совершенно беспорядочное расположение отметок. Это можно объяснить лишь тем, что в отдельных актах испускания возникают световые частицы, летящие то в одном, то в другом направлении. Так было экспериментально доказано существование особых световых частиц – фотонов.

Фотон обладает энергией . Для видимого света длина волны λ = 0,5 мкм и энергия Е = 2,2 эВ, для рентгеновских лучей λ = мкм и Е = 0,5 эВ.

Фотон обладает инертной массой, которую можно найти из соотношения :

;

(2.3.2)

Фотон движется со скоростью света c = 3·10 8 м/с. Подставим это значение скорости в выражение для релятивистской массы:

.

Фотон – частица, не обладающая массой покоя. Она может существовать, только двигаясь со скоростью света c.

Найдем связь энергии с импульсом фотона.

Мы знаем релятивистское выражение для импульса:

.

(2.3.3)

.

(2.3.4)

Из (2.3.3) найдем :

; ;

;

.

(2.3.5)

Подставив выражение (2.3.5) в выражение для энергии (2.3.4), получим связь между энергией и импульсом:

;

;

.

(2.3.6)

.

Но т. к. для покоящегося фотона , . Окончательно получим:

, или

(2.3.7)

Т.к. , то можно записать:

(2.3.8)

Обозначим где k – волновое число. Теперь выразим импульс через волновой вектор :

Фотоны

За время t=4 с детектор поглощает N=6⋅10 5 фотонов падающего на него монохроматического света. Поглощаемая мощность P=5⋅10 −14 Вт. Какова длина волны падающего света?

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

При изучении давления света проведены два опыта с одним и тем же лазером. В первом опыте свет лазера направляется на пластинку, покрытую сажей, а во втором – на зеркальную пластинку такой же площади. В обоих опытах пластинки находятся на одинаковом расстоянии от лазера и свет падает перпендикулярно поверхности пластинок.

Как изменится сила давления света на пластинку во втором опыте по сравнению с первым? Ответ поясните, указав, какие физические закономерности Вы использовали для объяснения.

Похожие публикации:

1. 6 км 380 м сколько
2. Когда происходит замыкание и размыкание контактов
3. Где находится место восприятия одностороннего освещения
4. В течение какого времени основное оборудование электроустановок прошедшее капитальный ремонт

Фотон

Свет — очень полезная штука. Благодаря нему мы видим вообще все в этом мире, уличные фонари включаются вовремя, а у мыльных пузырей красивые разводы. Но вот из чего свет состоит — вопрос, конечно, интересный.

· Обновлено 28 июля 2023

Корпускулярно-волновой дуализм

Вопрос, на который вам однозначно не ответит никто: «Свет — это частица или волна?». Это очень сложный вопрос, на который ученые давно пытаются ответить.

В XVII веке Исаак Ньютон предложил модель, в которой свет — поток мельчайших корпускул (частиц). Это позволяло просто объяснить многие характерные свойства света. Например, прямолинейность световых лучей и закон отражения, согласно которому угол отражения света равен углу падения. Это соотносится с законом сохранения импульса, которому подчиняются частицы.

Но есть такие явления, как интерференция и дифракция. Они совсем не вписываются в корпускулярную теорию.

Осторожно: дальше много сложных терминов! Но на элективном курсе по физике за 10 класс можно разобраться даже в сложном материале вместе с опытным преподавателем.

Интерференция и дифракция

Интерференция — это явление, при котором происходит наложение двух волн и образуются так называемые «максимумы» и «минимумы» — самые светлые и самые темные участки. Выглядит это так:

В жизни вы это встречали, например, если видели разлитый бензин или пускали мыльные пузыри. Это все следствие интерференции света.

Дифракция неразрывно связана с явлением интерференции. Более того, само явление дифракции зачастую трактуют как случай интерференции ограниченных в пространстве волн.

Дифракция — это явление огибания препятствий, которые возникают перед волной. Благодаря дифракции свет может огибать препятствие и попадать туда, где с точки зрения геометрии должна быть тень.

В XIX веке появилась волновая теория света, которая объясняла дифракцию и интерференцию. Согласно этой теории, свет — частный случай электромагнитных волн, то есть процесса распространения электромагнитного поля в пространстве.

Волновая оптика вообще казалась в то время каким-то чудом, потому что она объясняла не только те явления, которые не объясняла корпускулярная теория, но и вообще все известные на то время световые эффекты. Даже законы геометрической оптики можно было доказать через волновую оптику.

Казалось бы, ну все тогда — у света волновая природа, никаких тебе частиц, расходимся. Но не тут-то было! Уже в начале XX века корпускулярная теория света снова набрала актуальность, так как ученые обнаружили явления, которые с помощью волновой теории объяснить не удавалось. Например, давление света и фотоэффект, о которых мы еще поговорим.

В рамках корпускулярной теории эти явления прекрасно объяснялись, и корпускулы (частицы) света даже получили название — фотоны.

Сложилась интересная ситуация — параллельно существовали две серьезные научные теории, каждая из которых объясняла одни свойства света, но не могла объяснить другие. Вместе же эти две теории идеально дополняют друг друга. Так мы подошли к понятию корпускулярно-волновой природы света.

Корпускулярно-волновой дуализм — это физический принцип, утверждающий, что любой объект природы может вести себя и как частица, и как волна.

Лучшие университеты для поступления в 2024 году
Перечень вузов России с рекомендациями, как пройти на бюджет

Энергия и импульс фотона

Каждый фотон переносит некоторое количество энергии. Именно это количество называется энергией фотона.

Энергия фотона (соотношение Планка-Эйнштейна)

— энергия фотона [Дж]

= 6,6 · 10 −34 Дж · c

— частота фотона [Гц]

Импульс фотона связан с энергией следующим соотношением:

Соотношение импульса и энергии фотона

— импульс фотона [(кг · м)/с]

— энергия фотона [Дж]

— скорость света [м/с]

Подставляем вместо формулу энергии фотона:

А вместо частоты формулу :

Сокращаем скорость света и получаем формулу импульса.

Импульс фотона

— импульс фотона [(кг · м)/с]

= 6,6 · 10 −34 Дж · c

Выберите идеального репетитора по физике
15 000+ проверенных преподавателей со средним рейтингом 4,8. Учтём ваш график и цель обучения

Давление света

Сила Лоренца — это сила, действующая на частицу, движущуюся в магнитном поле.

Если рассматривать свет как совокупность фотонов, то можно предположить, что свет может оказывать давление. Именно такое предположение сделал Джеймс Максвелл в 1873 году и не прогадал.

Пусть на поверхность абсолютно черного тела площадью перпендикулярно к ней ежесекундно падает фотонов. Каждый фотон обладает импульсом .

Полный импульс, получаемый поверхностью тела, равен .

Из механики известно, что давление — это отношение силы к площади, на которую эта сила воздействует: .

Не перепутайте: импульс и давление обозначаются одинаковой буквой, но величины разные!

Второй закон Ньютона в импульсной форме имеет вид , где — это импульс, а — промежуток времени, за которое импульс меняется на значение p.

Тогда световое давление определяется так: .

При падении света на зеркальную поверхность удар фотона считают абсолютно упругим, поэтому изменение импульса и давление в 2 раза больше, чем при падении на черную поверхность (в этом случае удар неупругий, так как черный цвет поглощает фотон).

Предсказанное Максвеллом существование светового давления было экспериментально подтверждено физиком П. Н. Лебедевым, который в 1900 г. измерил давление света на твердые тела, используя чувствительные крутильные весы. Теория и эксперимент совпали. Значение давления света составило ≈ 4 · 10 -6 Па.

Опыты Лебедева — экспериментальное доказательство факта: фотоны обладают импульсом.

Новые правила поступления в вузы РФ
Скачайте, чтобы не пропустить важные даты и критические обновления

Фотоэффект

Еще одно важное явление, подтверждающее корпускулярную природу света, — это фотоэффект. Пока разберем только принцип этого явления, а сложную математику оставим на другой раз. ��

На рисунке представлена экспериментальная установка для исследования фотоэффекта.

Установка представляет собой стеклянный вакуумный баллон с двумя металлическими электродами, к которым прикладывается напряжение. Один из электродов через кварцевое окошко освещается монохроматическим светом (монохроматический свет — это свет, длина волны которого неизменна). Под действием фотонов из отрицательно заряженного электрода выбиваются так называемые фотоэлектроны. Они притягиваются к положительному электроду и образуется фототок.

Многочисленные экспериментаторы установили основные закономерности фотоэффекта:

1. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с увеличением частоты света и не зависит от его интенсивности.
2. Для каждого вещества существует так называемая красная граница фотоэффекта, т. е. наименьшая частота , при которой еще возможен внешний фотоэффект.
3. Число фотоэлектронов, вырываемых светом из катода за 1 с, прямо пропорционально интенсивности света.
4. Фотоэффект практически безынерционен, фототок возникает мгновенно после начала освещения катода при условии, что частота света .

Эйнштейн исследовал фотоэффект и пришел к выводу, что свет имеет прерывистую структуру, то есть состоит из фотонов.

Фотоэффект используется, например, в датчиках света. Уличные фонари, оборудованные датчиками света, включаются автоматически при определенном уровне естественного освещения.

Онлайн-школа ЕГЭ и ОГЭ от Skyeng — подготовка
«под ключ» на год с гарантией 240+
баллов за 3 предмета Получить консультацию

Техническое применение фотонов

Важное техническое устройство, использующее фотоны — лазер. Лазеры применяют во многих областях технологии: с их помощью режут, варят и плавят металлы, получают сверхчистые металлы. На лазерах основаны многие точные физические приборы — например, сейсмографы. Ну а с лазерными принтерами и указками вы наверняка знакомы.

На определении местоположения фотонов основаны многие генераторы случайных чисел. Чтобы сгенерировать один бит случайной последовательности, фотон направляется на лучеделитель — штуку, которая разделяет свет на два потока.

Для любого фотона существует лишь две возможности, причем с одинаковой вероятностью: пройти лучеделитель или отразиться от его грани. В зависимости от того, прошел фотон через лучеделитель или нет, следующим битом в последовательность записывается 0 или 1.

Как рассчитать энергию фотонов

Фотоны — это небольшие пакеты энергии, которые демонстрируют интересное волнообразное и подобное частице поведение. Фотоны являются и электромагнитными волнами, такими как видимый свет или рентгеновские лучи, но также квантованы в энергии, как частицы. Следовательно, энергия фотона кратна фундаментальной постоянной, называемой постоянной Планка, h = 6, 62607015 × 10 -34 Дж с _._

Рассчитать энергию фотона

Мы можем рассчитать энергию фотона двумя способами. Если вы уже знаете частоту f фотона в Гц, используйте E = hf . Это уравнение было впервые предложено Максом Планком, который предположил, что энергия фотонов квантуется. Поэтому иногда это уравнение энергии называют уравнением Планка.

Другая форма уравнения Планка использует простое соотношение: c = λf , где λ — длина волны фотона, а c — скорость света, которая является постоянной и составляет 2, 998 × 10 8 м / с. Если вы знаете частоту фотона, вы можете легко рассчитать длину волны по следующей формуле: λ = c / f .

Теперь мы можем рассчитать энергию фотона по любой версии уравнения Планка: E = hf или E = hc / λ . Часто мы используем единицы эВ, или электрон-вольт, в качестве единиц для энергии фотонов, а не в джоулях. Вы можете использовать h = 4, 1357 × 10 -15 эВ с, что приводит к более разумной шкале энергии для фотонов.

Какие фотоны более энергичны?

Формула позволяет очень легко увидеть, как энергия зависит от частоты и длины волны фотона. Давайте посмотрим на каждую из формул, показанных выше, и посмотрим, что они подразумевают под физикой фотонов.

Во-первых, поскольку длина волны и частота всегда умножаются на постоянную, если у фотона A частота, в два раза превышающая частоту фотона B, длина волны фотона A должна составлять 1/2 от длины волны фотона B.

Во-вторых, вы можете многое узнать о том, как частота фотона может дать относительное представление о его энергии. Например, поскольку фотон A имеет более высокую частоту, чем фотон B, мы знаем, что он в два раза энергичнее. В общем, мы видим, что энергия масштабируется напрямую с частотой. Точно так же, поскольку энергия фотона обратно пропорциональна его длине волны, если фотон A имеет меньшую длину волны, чем фотон B, он снова более энергичен.

Простой фотонный калькулятор энергии

Может быть полезно быстро оценить энергию фотона. Поскольку связь между длиной волны фотона и частотой очень проста, а скорость света составляет примерно 3 × 10 8 м / с, то, если вы знаете порядок величины частоты или длины волны фотона, вы можете легко вычислить другое количество.

Длина волны видимого света составляет приблизительно 10 -8 метров, поэтому f = 3 × (10 8/10 -7 ) = 3 × 10 15 Гц. Вы даже можете забыть 3, если вы просто пытаетесь получить быструю оценку порядка. Затем E = hf , поэтому, если h составляет около 4 × 10 -15 эВ, тогда быстрая оценка энергии фотона видимого света будет E = 4 × 10 -15 × 3 × 10 15 , или около 12 эВ.

Это хорошее число для запоминания, если вы хотите быстро выяснить, находится ли фотон выше или ниже видимого диапазона, но вся эта процедура — хороший способ быстро оценить энергию фотона. Быструю и простую процедуру можно даже считать простым калькулятором энергии фотонов!

Как рассчитать первую энергию ионизации атома водорода, относящуюся к ряду Бальмера

Серия Balmer — это обозначение спектральных линий эмиссии от атома водорода. Эти спектральные линии (которые являются фотонами, испускаемыми в спектре видимого света) производятся из энергии, необходимой для удаления электрона из атома, называемой энергией ионизации.

У фотонов есть масса?

Фотоны не имеют инерционной или релятивистской массы, но они обладают импульсом и подвержены влиянию гравитации. Вопрос о том, имеют ли фотоны массу, проливает свет на некоторые ключевые понятия в физике.

Как рассчитать фотонов в секунду

Как рассчитать количество фотонов в секунду. Электромагнитная волна несет энергию, и количество энергии зависит от количества фотонов, которые она транспортирует каждую секунду. Ученые описывают свет и другую электромагнитную энергию в терминах фотонов, когда они рассматривают ее как серию дискретных частиц. Количество энергии за .