Foton

Foton to kwant promieniowania elektromagnetycznego, w tym światła widzialnego. To pewna porcja światła. Foton jest cząstką elementarną, poruszającą się z prędkością światła o masie spoczynkowej równej zeru. Fotony borą udział w oddziaływaniach elektromagnetycznych. Foton nie posiada ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego.

Własności fotonu

Poniższa tabela zawiera własności fotonu.

Wielkość	Wartość
prędkość	\(c \approx 3\cdot 10^8 m/s\)
ładunek	brak
moment magnetyczny	brak
spin	1
masa spoczynkowa	0 kg

Natura fotonu jest skomplikowana. W mikroskali wykazuje własności kwantowe. Nie można go opisać za pomocą klasycznej fizyki. W niektórych doświadczeniach fotony zachowują się jak cząsteczki, w innych jak fale. Fotony charakteryzuje więc tak zwany dualizm korpuskularno-falowy.

Energia fotonu

Wzór na energię fotonu jest następujący:

\(E=h\nu=\frac{hc}{\lambda}\)

gdzie:

\(E\) - energia fotonu,

\(\nu\) - częstotliwość kwantu światła,

\(\lambda\) - długość fali światła,

\(c\) - prędkość światła

\(h\) - stała Plancka.

Stała Plancka to jedna z fundamentalnych stałych w fizyce.

\(h\approx 6.63\cdot 10^{-34} \ J\cdot s\)>

Masa fotonu

Masa spoczynkowa fotonu jest zerowa.

Korzystając ze wzoru Einsteina na równoważność masy i energii mamy:

\(E=mc^2\),

skąd otrzymujemy po podzieleniu obu stron przez czynnik \(c^2\):

\(m=\frac{E}{c^2}=\frac{h\nu}{c^2}\)

Powyższy wzór wyraża masę fotonu w ruchu. Tylko cząstka o masie spoczynkowej równej zeru może się poruszać z taką prędkością.

Pęd fotonu

Pęd fotonu można obliczyć z następującego wzoru:

\(p=mv=mc=\frac{h\nu}{c}\)

Pytania

Czy energia fotonu zależy od barwy światła?

Tak. We wzorze na energię fotonu znajduje się długość fali, która odpowiada za barwę światła. Im większa długość fali (w kierunku od fioletu do czerwieni) tym mniejsza jest energia fotonów.

Od czego zależy energia fotonu?

Energia fotonu zależy od częstotliwości fali elektromagnetycznej (a zarazem długości tej fali, gdyż częstotliwość i długość fali są ze sobą powiązane).

Jaka jest jednostka energii fotonu?

Energię fotonu można mierzyć w dżulach, ale z uwagi na bardzo małą wartość energii fotony wygodniej jest tę energię mierzyć w elektronowoltach.

Inne zagadnienia z tej lekcji

Fizyka klasyczna a kwantowa

Efekt fotoelektryczny

Efekt Comptona

Dualizm korpuskularno-falowy

Fale de Broglie'a

Zasada nieoznaczoności