Inhalt
- Berechnen Sie die Energie eines Photons
- Welche Photonen sind energiereicher?
- Einfacher Photonenenergie-Rechner
Photonen sind kleine Energiepakete, die ein interessantes wellen- und partikelartiges Verhalten zeigen. Photonen sind sowohl elektromagnetische Wellen wie sichtbares Licht oder Röntgenstrahlen, werden aber auch wie Teilchen in ihrer Energie quantisiert. Die Energie eines Photons ist daher ein Vielfaches einer fundamentalen Konstante, die Plancks-Konstante genannt wird. h = 6.62607015 × 10-34 J s _._
Berechnen Sie die Energie eines Photons
Wir können die Energie eines Photons auf zwei Arten berechnen. Wenn Sie die Frequenz bereits kennen, f, des Photons in Hz, dann verwenden E = hf. Diese Gleichung wurde zuerst von Max Planck vorgeschlagen, der theoretisierte, dass die Photonenenergie quantisiert wird. Daher wird diese Energiegleichung manchmal als Plancks-Gleichung bezeichnet.
Eine andere Form der Plancks-Gleichung verwendet die einfache Beziehung, die c = λ f, wo λ ist die Wellenlänge des Photons und c ist die Lichtgeschwindigkeit, die konstant ist und 2,998 × 10 beträgt8 Frau. Wenn Sie die Frequenz des Photons kennen, können Sie die Wellenlänge einfach mit der folgenden Formel berechnen: λ = c / f.
Jetzt können wir die Energie eines Photons mit beiden Versionen der Plancks-Gleichung berechnen: E = hf oder E = hc / λ. Oft verwenden wir die Einheiten von eV oder Elektronenvolt als Einheiten für die Photonenenergie anstelle von Joule. Sie können verwenden h = 4.1357 × 10-15 eV s, was zu einer vernünftigeren Energieskala für Photonen führt.
Welche Photonen sind energiereicher?
Die Formel macht es sehr einfach zu sehen, wie die Energie von der Frequenz und Wellenlänge eines Photons abhängt. Schauen wir uns jede der oben gezeigten Formeln an und sehen wir, was sie über die Physik der Photonen aussagen.
Erstens muss die Wellenlänge von Photon A die Hälfte der Wellenlänge von Photon B betragen, da sich die Wellenlänge und die Frequenz immer multiplizieren, um einer Konstanten zu entsprechen.
Zweitens können Sie viel darüber lernen, wie die Frequenz eines Photons einen relativen Eindruck von seiner Energie vermitteln kann. Da beispielsweise Photon A eine höhere Frequenz als Photon B hat, wissen wir, dass es doppelt so energiereich ist. Im Allgemeinen können wir sehen, dass die Energie direkt mit der Frequenz skaliert. In ähnlicher Weise ist Photon A energetischer, wenn es eine kürzere Wellenlänge als Photon B hat, da die Energie eines Photons umgekehrt zu seiner Wellenlänge in Beziehung steht.
Einfacher Photonenenergie-Rechner
Es kann nützlich sein, die Photonenenergie schnell abzuschätzen. Weil die Beziehung zwischen Photonenwellenlänge und Frequenz so einfach ist und die Lichtgeschwindigkeit ungefähr 3 × 10 beträgt8 m / s. Wenn Sie dann die Größenordnung der Frequenz oder Wellenlänge des Photons kennen, können Sie die andere Größe leicht berechnen.
Die Wellenlänge des sichtbaren Lichts beträgt ungefähr 10 −8 Meter, so f = 3 × (108 / 10 −7) = 3 × 1015 Hz. Sie können die 3 sogar vergessen, wenn Sie nur versuchen, eine schnelle Größenordnungsschätzung zu erhalten. Nächster, E = hfAlso wenn h ist ungefähr 4 × 10 −15 eV, dann ist eine schnelle Schätzung für die Energie eines Photons mit sichtbarem Licht E = 4 × 10 −15× 3 × 1015oder um 12 eV.
Dies ist eine gute Zahl, die Sie sich merken sollten, wenn Sie schnell herausfinden möchten, ob sich ein Photon über oder unter dem sichtbaren Bereich befindet. Mit dieser gesamten Prozedur können Sie jedoch schnell eine Schätzung der Photonenenergie vornehmen. Der schnelle und einfache Vorgang kann sogar als einfacher Photonenenergie-Rechner betrachtet werden!