Как найти энергию одного кванта - Исправление недочетов и поиск решений вместе с Examum.ru

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

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

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

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.

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:

Нейтрино
Теорию относительности
Магнитную индукцию
Полимер
Теорию струн

Источник

Кванты, Энергия кванта, формула

Согласно Планку, любое излучение (в том числе и свет) состоит из отдельных квантов. Вследствие этого энергия излучения всегда равна энергии целого числа квантов. Однако энергия отдельного кванта зависит от частоты.

Если

E	энергия кванта, или квант энергии,	Дж
ν	частота излучения,	Гц
h	постоянная Планка (квант действия),	Дж × с

постоянная Планка (квант действия)

[ h = 6,626176 × 10^{-34} ]

то энергия кванта определяется формулой:

[ E = hν ]

Вычислить, найти энергию кванта по формуле (2)

Кванты, Энергия кванта	стр. 727

Источник

Как понять квант?

Квант (от лат. quantum — «сколько») — неделимая порция какой-либо величины в физике.

Что такое квант для чайников?

Квант (от латинского quantum – ”сколько”) – это неделимая порция какой-то физической величины. Например, говорят — квант света, квант энергии или квант поля.

Как появляется квант?

Правильнее сказать, что атом и квант, взаимодействуя, превращаются в возбуждённый атом, а при обратном процессе, при излучении, возбуждённый атом превращается в две другие частицы — нормальный атом и квант.

Что значит слово квантовый?

Происходит от существительного квант, далее от лат. quantum, quantus «сколько; насколько большой». В значении «неделимая порция материи» слово было введено в обиход Максом Планком в 1900 г.

Чему равен один квант?

E = hν, где h = 4·10–15 эВ·с = 6·10–34 Дж·с — постоянная Планка, еще одна фундаментальная физическая величина, определяющая свойства нашего мира.

Какие есть кванты?

Некоторые кванты

фотон — квант электромагнитного поля;
глюон — квант векторного (глюонного) поля в квантовой хромодинамике (обеспечивает сильное взаимодействие);
гравитон — гипотетический квант гравитационного поля;
бозон Хиггса — квант поля Хиггса;
фонон — квант колебательного движения кристалла.

Что такое квантовый мир?

Это наука об измерении различных физических величин с такой высокой точностью, какую только допускают фундаментальные ограничения, определяемые квантовыми флуктуациями, которые в принципе неустранимы.

Что такое квантовая механика простыми словами?

Ква́нтовая меха́ника — фундаментальная физическая теория, которая описывает природу в масштабе атомов и субатомных частиц :1.1. Она лежит в основании всей квантовой физики, включая квантовую химию, квантовую теорию поля, квантовую технологию и квантовую информатику.

Что излучает фотоны?

Фотоны: элементарные частицы, переносящие свет Возможно, вы уже в курсе, что видимый свет — это вид электромагнитного излучения и небольшая часть электромагнитного спектра, в который входят радиоволны, инфракрасное излучение, ультрафиолетовое излучение, гамма-излучение и так далее.

Кто и с какой целью ввел в естествознание понятие кванта?

Понятие ввел в 1900 году Макс Планк в своей классической работе по исследованию излучения абсолютно черного тела, где он предположил, что электромагнитное излучение испускается в виде отдельных порций энергии, которые он назвал квантами. … Слово «квант» используется также для обозначения некоторых частиц или квазичастиц.

Зачем нужны квантовые числа?

Квантовые числа – целые или дробные числа, определяющие возможные значения физических величин, характеризующих квантовую систему (молекулу, атом, атомное ядро, элементарную частицу). Квантовые числа отражают дискретность (квантованность) физических величин, характеризующих микросистему.

Как определить энергию одного кванта?

Что значит Квантовый человек?

Ква́нтовое сознание (также Квантовая природа сознания) — группа гипотез, в основе которых лежит предположение о том, что сознание необъяснимо на уровне классической механики и может быть объяснено только с привлечением постулатов квантовой механики, явлений суперпозиции, квантовой запутанности и других.

Кто открыл квантовый мир?

История Квантовая физика и её основные теории — квантовая механика, квантовая теория поля — были созданы в первой половине XX века учёными, среди которых Макс Планк, Альберт Эйнштейн, Эрвин Шрёдингер, Луи де Бройль, Поль Дирак, Нильс Бор, Вольфганг Паули, Вернер Гейзенберг, Макс Борн, Людвиг Больцман.

В чем смысл квантовой механики?

Ква́нтовая фи́зика — раздел теоретической физики, в котором изучаются квантово-механические и квантово-полевые системы и законы их движения. Основные законы квантовой физики изучаются в рамках квантовой механики и квантовой теории поля и применяются в других разделах физики.

Для чего нужна квантовая механика?

Квантовая механика позволяет рассчитывать свойства и поведение физических систем. … Это известно как правило Борна, названное в честь физика Макса Борна. Например, квантовая частица, такая как электрон, описывается волновой функцией, которая задаёт для каждой точки пространства амплитуду вероятности.

Куда деваются фотоны света?

Фотон летает по комнате, сталкиваясь с поверхностями и теряя энергию, и в конечном итоге поглощается каким-либо предметом. Когда вы выключаете свет, фотоны, которые уже выпущены лампой, сразу никуда не деваются — они продолжают летать по комнате, отражаясь от предметов.

Источник

У всех классических механических волн (в жидкостях, газах и твердых телах) главный параметр, определяющий энергию волны, — это ее амплитуда (точнее, квадрат амплитуды). В случае света амплитуда определяет интенсивность излучения. Однако при изучении явления фотоэффекта — выбивания светом электронов из металла — обнаружилось, что энергия выбитых электронов не связана с интенсивностью (амплитудой) излучения, а зависит только от его частоты. Даже слабый голубой свет выбивает электроны из металла, а самый мощный желтый прожектор не может выбить из того же металла ни одного электрона. Интенсивность определяет, сколько будет выбито электронов, — но только если частота превышает некоторый порог. Оказалось, что энергия в электромагнитной волне раздроблена на порции, получившие название квантов. Энергия кванта электромагнитного излучения фиксирована и равна

E = hν,

где h = 4·10^–15 эВ·с = 6·10^–34 Дж·с — постоянная Планка, еще одна фундаментальная физическая величина, определяющая свойства нашего мира. С отдельным электроном при фотоэффекте взаимодействует отдельный квант, и если его энергии недостаточно, он не может выбить электрон из металла. Давний спор о природе света — волны это или поток частиц — разрешился в пользу своеобразного синтеза. Одни явления описываются волновыми уравнениями, а другие — представлениями о фотонах, квантах электромагнитного излучения, которые были введены в оборот двумя немецкими физиками — Максом Планком и Альбертом Эйнштейном.

Энергию квантов в физике принято выражать в электрон-вольтах. Это внесистемная единица измерения энергии. Один электрон-вольт (1 эВ) равен энергии, которую приобретает электрон, когда разгоняется электрическим полем напряжением 1 вольт. Это очень небольшая величина, в единицах системы Си 1 эВ = 1,6·10^–19 Дж. Но в масштабах атомов и молекул электрон-вольт — вполне солидная величина.

От энергии квантов напрямую зависит способность излучения производить определенное воздействие на вещество. Многие процессы в веществе характеризуются пороговой энергией — если отдельные кванты несут меньшую энергию, то, как бы много их ни было, они не смогут спровоцировать надпороговый процесс.

Немного забегая вперед, приведем примеры. Энергии СВЧ-квантов хватает для возбуждения вращательных уровней основного электронно-колебательного состояния некоторых молекул, например воды. Энергии в доли электрон-вольта хватает для возбуждения колебательных уровней основного состояния в атомах и молекулах. Этим определяется, например, поглощение инфракрасного излучения в атмосфере. Кванты видимого света имеют энергию 2–3 эВ — этого достаточно для нарушения химических связей и провоцирования некоторых химических реакций, например, тех, что протекают в фотопленке и в сетчатке глаза. Ультрафиолетовые кванты могут разрушать более сильные химические связи, а также ионизировать атомы, отрывая внешние электроны. Это делает ультрафиолет опасным для жизни. Рентгеновское излучение может вырывать из атомов электроны с внутренних оболочек, а также возбуждать колебания внутри атомных ядер. Гамма-излучение способно разрушать атомные ядра, а самые энергичные гамма-кванты даже внедряются в структуру элементарных частиц, таких как протоны и нейтроны.

Далее: Температура излучения

Источник

Энергия фотона (кванта света) пропорциональна частоте его излучения. Для вычисления энергии используют формулу Планка. E_ф = hν = hc/λ - энергия фотона, Дж (Джоуль) p=E/c= hν/c = h/λ - импульс фотона, кг∙м/с v — частота, Гц (Герц) λ — длина волны, м (метр) h — постоянная Планка, h=6.63∙10^-34Дж∙с с — скорость света, с=3∙10⁸м/с

Согласно гипотезе Макса Планка, электромагнитная энергия излучается и поглощается отдельными порциями — квантами. Фотон — это элементарная частица, квант электромагнитного излучения.
Фотоны обозначаются буквой — γ, поэтому их часто называют гамма-квантами.

В современной физике, фотон — переносчик электромагнитного взаимодействия, фундаментальная составляющая света и всех других форм электромагнитного излучения.

Таблица диапазонов электромагнитных волн.
EMscale

Задача 57.
Определить энергию фотонов, соответствующих наиболее длинным (λ=760нм) и наиболее коротким (λ=380 нм) волнам видимой части спектра.

Показать ответ

Источник