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 ≈3 · 10⁸ 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:

gdzie:

E - energia fotonu,

ν - częstotliwość kwantu światła,

λ - 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:

skąd otrzymujemy po podzieleniu obu stron przez czynnik c²:

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

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

Mechanika kwantowa zajmuje się ruchem mikrocząstek i stanowi podstawę dla fizyki cząstek elementarnych, atomu, fizyki jądrowej, fizyki ciała stałego, chemii, astrofizyki. Mechanika zrywa z determinizmem, tak powszechnym w mechanice klasycznej.

Efekt fotoelektryczny

Efekt fotoelektryczny lub zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne, fotoemisja elektronowa jest to zjawisko emisji elektronów z powierzchni metali pod wpływem światła (fali elektromagnetycznej) o odpowiedniej częstotliwości.

Efekt Comptona

Efekt Comptona, zjawisko Comptona jest to zjawisko rozpraszania kwantów promieniowania γ (gamma) oraz kwantów promieniowania rentgenowskiego na elektronach swobodnych lub słabo związanych.

Dualizm korpuskularno-falowy

Światło i w ogóle fala elektromagnetyczna wykazuje dwoistość natury, czyli dualizm. Czasem zachowuje się jak cząstki materii, a znów innym razem jak fala.

Fale de Broglie'a

W 1924 roku Luis de Broglie wysunął hipotezę, że dualizm korpuskularno-falowy dotyczy także cząstek materialnych. Czy zatem fale materii istnieją? Uczony założył, że nie ma powodu, dla którego wzór na pęd fotonów nie można by było zastosować dla cząstek materialnych - o ile uda się doświadczalnie potwierdzić falistą strukturę materii.

Zasada nieoznaczoności

Iloczyn niepewności pary wielkości fizycznych, które są kanonicznie sprzężone, jest nie mniejszy niż stała Plancka.