תוֹכֶן
האם אור הוא גל או חלקיק? שניהם בו זמנית, ובעצם, הדבר נכון גם לגבי האלקטרונים, כפי שהדגים פול דיראק כאשר הציג את משוואת הגלים הרלטיביסטיים שלו בשנת 1928. כפי שמתברר, אור וחומר - כמעט כל מה שמרכיב את היקום החומרי - מורכב מקוונטה, שהם חלקיקים עם מאפייני גל.
נקודת ציון מרכזית בדרך למסקנה מפתיעה זו (באותה תקופה) הייתה גילוי האפקט הפוטואלקטרי של היינריך הרץ בשנת 1887. איינשטיין הסביר זאת במונחים של תורת הקוונטים בשנת 1905, ומאז, פיזיקאים קיבלו זאת, בעוד אור עשוי להתנהג כחלקיק, זהו חלקיק בעל אורך גל ותדר אופייני, וכמויות אלה קשורות לאנרגיה של האור או לקרינה.
אורך גל מקסימום של פוטון הקשורים לאנרגיה
משוואת ממיר אורך הגל מגיעה מאב תורת הקוונטים, הפיזיקאי הגרמני מקס פלאנק. בסביבות 1900 הציג את רעיון הקוונט תוך כדי לימוד הקרינה הנפלטת על ידי גוף שחור, שהוא גוף הקולט את כל קרינת האירועים.
הקוונטים עזר להסביר מדוע גוף כזה פולט קרינה בעיקר באמצע הספקטרום האלקטרומגנטי, ולא באולטרה סגול כפי שחזה התיאוריה הקלאסית.
ההסבר של פלאנקס העלה כי האור מורכב מחבילות אנרגיה נפרדות הנקראות קוונטה, או פוטונים, וכי האנרגיה יכולה לקחת רק ערכים נפרדים, שהיו כפולות של קבוע אוניברסלי. הקבוע, הנקרא קבוע פלאנקס, מיוצג על ידי המכתב ח, ויש לו ערך של 6.63 × 10-34 M2 ק"ג / ש 'או באותה מידה 6.63 × 10-34 ג'ול שניות.
פלאנק הסביר כי האנרגיה של פוטון, ה, היה תוצר התדר שלו, המיוצג תמיד על ידי האות היוונית נו (ν) והקבוע החדש הזה. במונחים מתמטיים: ה = hν.
מכיוון שאור הוא תופעת גלים, אתה יכול לבטא את משוואת פלאנקס במונחים של אורך גל, המיוצג על ידי האות היוונית lambda (λ), מכיוון שלגבי כל גל, מהירות ההעברה שווה לתדר שלו פעמים באורך הגל שלו. מכיוון שמהירות האור היא קבועה, המסומנת על ידי גמשוואת פלנקס יכולה לבוא לידי ביטוי כ:
E = frac {hc} {λ}אורך גל למשוואת המרות אנרגיה
סידור מחדש פשוט של משוואת פלאנקס מעניק לך מחשבון אורך גל מיידי לכל קרינה, בהנחה שאתה יודע את האנרגיה של הקרינה. הנוסחה באורך הגל היא:
λ = frac {hc} {E}שניהם ח ו ג הם קבועים, ולכן משוואת אורך הגל להמרת אנרגיה בעצם קובעת שאורך הגל הוא פרופורציונלי להיפוך האנרגיה. במילים אחרות, לקרינת אורך גל ארוכה, שהיא אור לכיוון הקצה האדום של הספקטרום, יש פחות אנרגיה מאשר אור באורך גל קצר בקצה הסגול של הספקטרום.
שמור על יחידות ישרות
פיזיקאים מודדים אנרגיה קוונטית במגוון יחידות. במערכת ה- SI, יחידות האנרגיה הנפוצות ביותר הן ג'ואלים, אך הן גדולות מדי לתהליכים שקורים ברמה הקוונטית. וולט האלקטרונים (eV) הוא יחידה נוחה יותר. האנרגיה הנדרשת להאצת אלקטרון בודד דרך הפרש פוטנציאל של וולט אחד, והיא שווה ל 1.6 × 10-19 ג'ולס.
היחידות הנפוצות ביותר עבור אורך הגל הן åstrstroms (Å), כאשר 1 Å = 10-10 M. אם אתה מכיר את האנרגיה של קוונטה בוולטים אלקטרוניים, הדרך הקלה ביותר להשיג את אורך הגל באנגסטרומים או מטרים היא להמיר תחילה את האנרגיה לג'אולים. לאחר מכן תוכלו לחבר אותו ישירות למשוואת פלאנקס, ולהשתמש ב- 6.63 × 10-34 M2 ק"ג / ש 'לפלאנקס קבוע (ח) ו- 3 × 108 m / s למהירות האור (ג), אתה יכול לחשב את אורך הגל.