Inhoud
- Max Planck gerelateerde fotongolflengte aan energie
- Golflengte naar energieconversievergelijking
- Houd uw eenheden recht
Is licht een golf of een deeltje? Het is beide tegelijkertijd, en eigenlijk geldt hetzelfde voor elektronen, zoals Paul Dirac demonstreerde toen hij zijn relativistische golffunctie-vergelijking introduceerde in 1928. Het blijkt dat licht en materie - vrijwel alles wat het materiële universum samenstelt - is samengesteld uit quanta, dit zijn deeltjes met golfkarakteristieken.
Een belangrijke mijlpaal op weg naar deze verrassende (destijds) conclusie was de ontdekking van het foto-elektrisch effect door Heinrich Hertz in 1887. Einstein legde het uit in termen van kwantumtheorie in 1905, en sindsdien hebben natuurkundigen dat aanvaard, hoewel licht zich kan gedragen als een deeltje, het is een deeltje met een karakteristieke golflengte en frequentie, en deze hoeveelheden zijn gerelateerd aan de energie van het licht of straling.
Max Planck gerelateerde fotongolflengte aan energie
De vergelijking van de golflengte-omzetter is afkomstig van de vader van de kwantumtheorie, de Duitse natuurkundige Max Planck. Rond 1900 introduceerde hij het idee van het kwantum tijdens het bestuderen van de straling van een zwart lichaam, een lichaam dat alle invallende straling absorbeert.
Het kwantum hielp verklaren waarom zo'n lichaam straling meestal in het midden van het elektromagnetische spectrum uitzendt, eerder dan in het ultraviolet zoals voorspeld door de klassieke theorie.
De verklaring van Plancks stelde dat licht bestaat uit discrete energiepakketten die quanta of fotonen worden genoemd, en dat de energie alleen discrete waarden kon aannemen, die veelvouden waren van een universele constante. De constante, Plancks-constante genoemd, wordt vertegenwoordigd door de letter hen heeft een waarde van 6,63 × 10-34 m2 kg / s of gelijkwaardig 6,63 × 10-34 joule-seconden.
Planck legde uit dat de energie van een foton, E, was het product van zijn frequentie, die altijd wordt weergegeven door de Griekse letter nu (ν) en deze nieuwe constante. In wiskundige termen: E = hv.
Aangezien licht een golffenomeen is, kun je de Plancks-vergelijking uitdrukken in termen van golflengte, vertegenwoordigd door de Griekse letter lambda (λ), omdat voor elke golf de transmissiesnelheid gelijk is aan zijn frequentie maal zijn golflengte. Omdat de snelheid van het licht constant is, aangegeven met c, Plancks-vergelijking kan worden uitgedrukt als:
E = frac {hc} {λ}Golflengte naar energieconversievergelijking
Een eenvoudige herschikking van de Plancks-vergelijking geeft u een directe golflengtecalculator voor elke straling, ervan uitgaande dat u de energie van de straling kent. De golflengteformule is:
λ = frac {hc} {E}Beide h en c zijn constanten, dus de vergelijking van golflengte naar energie stelt in feite dat golflengte evenredig is aan de inverse van energie. Met andere woorden, straling met een lange golflengte, die licht is naar het rode uiteinde van het spectrum, heeft minder energie dan licht met een korte golflengte op het violette uiteinde van het spectrum.
Houd uw eenheden recht
Natuurkundigen meten kwantumenergie in verschillende eenheden. In het SI-systeem zijn de meest voorkomende energie-eenheden joules, maar ze zijn te groot voor processen die op kwantumniveau plaatsvinden. De elektron-volt (eV) is een handiger eenheid. Het is de energie die nodig is om een enkel elektron te versnellen door een potentiaalverschil van 1 volt, en het is gelijk aan 1.6 × 10-19 joules.
De meest voorkomende eenheden voor golflengte zijn Ångstroms (Å), waarbij 1 Å = 10-10 m. Als je de energie van een kwantum in elektron-volt kent, is de eenvoudigste manier om de golflengte in Ångstroms of meters te krijgen, de energie eerst in joules om te zetten. U kunt het vervolgens rechtstreeks in de Plancks-vergelijking aansluiten en 6,63 × 10 gebruiken-34 m2 kg / s voor Plancks constant (h) en 3 x 108 m / s voor de snelheid van het licht (c), kunt u de golflengte berekenen.