Sadržaj
- Max Planck povezana valna duljina fotona s energijom
- Jednadžba pretvorbe energije u valnu duljinu
- Držite svoje jedinice ravno
Je li svjetlost val ili čestica? Oboje je istodobno, a zapravo isto vrijedi i za elektrone, kao što je pokazao Paul Dirac kada je 1928. predstavio svoju relativističku jednadžbu valnih funkcija. Kako se ispostavilo, svjetlost i materija - gotovo sve što sačinjava materijalni svemir - sastavljen je od kvanta, koji su čestice valnih karakteristika.
Glavni orijentir na putu do ovog iznenađujućeg (u to vrijeme) zaključka bilo je otkriće fotoelektričnog efekta Heinricha Hertza 1887. Einstein je to objasnio u pogledu kvantne teorije 1905., i od tada su fizičari to prihvatili, dok su svjetlo može se ponašati kao čestica, to je čestica karakteristične valne duljine i frekvencije, a ove količine su povezane s energijom svjetlosti ili zračenja.
Max Planck povezana valna duljina fotona s energijom
Jednadžba pretvarača valne duljine dolazi od oca kvantne teorije, njemačkog fizičara Maxa Plancka. Oko 1900. uveo je ideju o kvantu proučavajući radijaciju koju emitira crno tijelo, a to je tijelo koje apsorbira svu incidentnu radijaciju.
Kvant je pomogao objasniti zašto takvo tijelo emitira radijaciju uglavnom usred elektromagnetskog spektra, a ne u ultraljubičastoj kao što je to predviđala klasična teorija.
Plancksovo objašnjenje kaže da se svjetlost sastoji od diskretnih paketa energije zvanih kvant, ili fotona, i da energija može poprimiti samo diskretne vrijednosti, koje su višestruke univerzalne konstante. Konstanta, koja se naziva Planckova konstanta, predstavljena je slovom h, i ima vrijednost 6,63 × 10-34 m2 kg / s ili ekvivalentno 6,63 × 10-34 Joule-sekundi.
Planck je objasnio da je energija fotona, E, bio je proizvod njegove učestalosti, što je uvijek predstavljeno grčkim slovom nu (ν) i ta nova konstanta. Matematički: E = hν.
Budući da je svjetlost valni fenomen, možete izraziti Plancksovu jednadžbu u smislu valne duljine, predstavljenu grčkim slovom lambda (λ), jer je za bilo koji val brzina prijenosa jednaka frekvenciji koja je jednaka valnoj duljini. Budući da je brzina svjetlosti konstantna, označena je sa c, Jednadžba Plancksa može se izraziti kao:
E = frac {hc} {λ}Jednadžba pretvorbe energije u valnu duljinu
Jednostavno preuređenje jednadžbe Plancks daje vam trenutni kalkulator valne duljine bilo kojeg zračenja, pod pretpostavkom da znate energiju zračenja. Formula valne duljine je:
λ = frac {hc} {E}Oba h i c su konstante, pa jednadžba pretvorbe valne duljine u energiju u osnovi kaže da je valna duljina proporcionalna inversu energije. Drugim riječima, zračenje duge valne duljine, koje je svjetlo prema crvenom kraju spektra, ima manje energije od svjetlosti kratke valne duljine na ljubičastom kraju spektra.
Držite svoje jedinice ravno
Fizičari mjere kvantnu energiju u različitim jedinicama. U SI sustavu najčešće su energetske jedinice jouli, ali su prevelike za procese koji se događaju na kvantnoj razini. Elektronski volt (eV) je prikladnija jedinica. Njegova energija potrebna za ubrzavanje pojedinog elektrona putem razlike potencijala od 1 volta, a njegova je jednaka 1,6 × 10-19 džula.
Najčešće jedinice valne duljine su ångstromi (Å), gdje je 1 Å = 10-10 m. Ako znate energiju kvanta u elektron-voltima, najlakši način da dobijete valnu duljinu u ångstromima ili metrima je prvo pretvoriti energiju u džulove. Zatim ga možete priključiti izravno u Plancks-ovu jednadžbu i pomoću 6,63 × 10-34 m2 kg / s za konstantnu Planck (h) i 3 × 108 m / s za brzinu svjetlosti (c), možete izračunati valnu duljinu.