Фотон

Фотон — это частица света или квант света; частица с которой можно делать расчёты.

Фотоны всегда находятся в движении и в вакууме движутся с постоянной скоростью 2,998 x 10^8 м/с (это называется скоростью света и обозначается буквой c).

В марте 1905 года Эйнштейн создал квантовую теорию света, это была идея о том, что свет существует в виде крошечных частиц, которые он назвал фотонами.

Позже в том же году была расширена специальная теория относительности, в которой Эйнштейн доказал, что энергия (E) и материя (масса – m) связаны, и это соотношение стало самым знаменитым в физике: E=mc²; (напомним: c — скорость света).

Формулы фотона

Эти формулы являются наиболее важными.

Формула энергии кванта/фотона (формула Планка или Энергия кванта)

Энергия — это постоянная Планка, умноженная на частоту колебаний

Формула энергии кванта/фотона формула Планка или Энергия кванта E=h.v

E = h×v

Где:

  • E — энергия фотона/кванта (в Дж – джоуль),
  • h = 6,6.10^(–34) (постоянная Планка, в Дж.с – джоуль в секунду),
  • ν — частота колебаний света (в Гц – герц).

Масса фотона

Масса фотона формула m = hv/c² = h/cλ

m = hv/c² = h/cλ

Где:

  • m — масса фотона (в кг),
  • h = 6,6.10^(–34) (постоянная Планка, в Дж.с – джоуль в секунду),
  • ν — частота колебаний света (в Гц – герц),
  • c = 3.10^8 (это скорость света в м/с),
  • λ — длина световой волны (в метрах).

Примечание:

Фотоны всегда движутся со скоростью света. В состоянии покоя фотоны не существуют (т.е. можно сказать, что масса покоя равна нулю).

Формула массы фотона (m = h/cλ) была выведена из формулы эквивалентности массы и энергии (E = mc²), при этом было использовано также равенство с энергией Кванта (E = h×v).

Импульс фотона

Импульс фотона формула p=hv/c=h/λ

p = hv/c = h/λ

Где:

  • p — импульс фотона (в Н•с – ньютон-секунда),
  • h = 6,6.10^(–34) (постоянная Планка, в Дж.с – джоуль в секунду),
  • ν — частота колебаний света (в Гц – герц),
  • c = 3.10^8 (это скорость света в м/с),
  • λ — длина световой волны (в метрах).

Длина волны света, период и частота

Это ещё одно соотношение, которое может быть полезным в расчётах.

Длина волны света, период и частота λ = cT = c/v

λ = cT = c/v

Где:

  • λ — длина световой волны (в метрах),
  • c = 3.10^8 (это скорость света в м/с),
  • T — период световых колебаний (в секундах),
  • ν — частота колебаний света (в Гц – герц).

Пример решения задачи с данными формулами

Определите энергию фотонов красного (λк = 0,76 мкм) света.

Известно:

λк = 0,76 мкм = 0,76 × 10^(–6) м

Решение:

Формула энергии фотонов: E = h×v

Где:

h — постоянная Планка,

v — частота света; из равенства λ = c/v выходит, что v = с/λ.

Таким образом, составляем равенство:

E = h × (с/λ) = hc / λ

Вспоминаем другие данные:

c = 3.10^8 (это скорость света в м/с)

h = 6,6.10^(–34) (постоянная Планка, в Дж.с – джоуль в секунду)

E = hc / λ = ((6,6.10^(–34) Дж.с) × (3.10^8 м/с)) / (0,76 × 10^(–6) м) = 2,6 × 10^(–19) Дж

Фотон является волной?

Фотон является одновременно частицей и волной. Согласно квантовой теории света Эйнштейна, энергия фотонов (E) равняется их частоте колебаний (v), умноженной на постоянную Планка (h); т.е. эта формула выглядит так: E = h×v.

Так он доказал, что:

  • свет — это поток фотонов,
  • энергия этих фотонов — это высота их частоты колебаний,
  • интенсивность света соответствует количеству фотонов.

Таким образом, учёный объяснил, что поток фотонов действует и как волна, и как частица.

Узнайте также про Теорию относительности, Магнитную индукцию, Полимер и Теорию струн.