Φωτονία και φως

Φωτονία και φως

Μάθαμε στη σελίδα του φωτός ότι το φως έχει το μοναδικό χαρακτηριστικό της συμπεριφοράς σαν κύμα και σωματίδιο ταυτόχρονα. Στη συνέχεια μάθαμε μερικούς από τους τρόπους που το φως συμπεριφέρεται σαν κύμα . Τώρα θέλουμε να διερευνήσουμε πώς συμπεριφέρεται επίσης το φως σαν σωματίδιο. Οι επιστήμονες ονόμασαν τα σωματίδια που απαρτίζουν τα φωτόνια.

Τι είναι το φωτόνιο;

Στη φυσική, ένα φωτόνιο είναι μια δέσμη ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας. Είναι η βασική μονάδα που απαρτίζει όλο το φως. Το φωτόνιο μερικές φορές αναφέρεται ως «κβαντικό» ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας.

Τα φωτόνια δεν πιστεύεται ότι αποτελούνται από μικρότερα σωματίδια. Είναι μια βασική ενότητα της φύσης που ονομάζεται στοιχειώδες σωματίδιο .

Ιδιότητες ενός φωτονίου

Τα φωτόνια έχουν ορισμένες βασικές ιδιότητες που βοηθούν στον καθορισμό του τι είναι και πώς συμπεριφέρονται. Αυτές οι ιδιότητες περιλαμβάνουν:
  • Έχουν μηδενική μάζα.
  • Δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο.
  • Είναι σταθερά.
  • Μεταφέρουν ενέργεια και ορμή που εξαρτώνται από τη συχνότητα.
  • Μπορούν να έχουν αλληλεπιδράσεις με άλλα σωματίδια όπως τα ηλεκτρόνια.
  • Μπορούν να καταστραφούν ή να δημιουργηθούν από πολλές φυσικές διεργασίες.
  • Όταν βρίσκονται σε κενό χώρο, ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός.
Τα φωτόνια αλληλεπιδρούν με το θέμα

Τα φωτόνια συμπεριφέρονται σαν σωματίδια στο ότι μπορούν να αλληλεπιδράσουν με την ύλη. Σε ορισμένες περιπτώσεις η ενέργεια του φωτονίου απορροφάται από την ύλη. Σε αυτήν την περίπτωση η επιπλέον ενέργεια μπορεί να εκπέμπεται ως θερμότητα. Ένα παράδειγμα αυτού είναι η μαύρη κορυφή του δρόμου που ζεσταίνεται στον ήλιο.

Τα μάτια μας αλληλεπιδρούν επίσης με τα φωτόνια. Όταν ένα φωτόνιο χτυπά το μάτι, μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια που στη συνέχεια μεταδίδεται στον εγκέφαλο για να σχηματίσει μια εικόνα.

Όταν η ενέργεια από τα φωτόνια απορροφάται από την ύλη, η ύλη μπορεί να εκπέμπει ηλεκτρόνια. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται φωτοηλεκτρικό εφέ. Το φωτοηλεκτρικό αποτέλεσμα είναι μια ιδιότητα του φωτός που δεν εξηγείται από τη θεωρία ότι το φως είναι ένα κύμα. Αυτός είναι ένας από τους κύριους λόγους που οι επιστήμονες επέλεξαν να αντιμετωπίσουν το φως τόσο ως κύμα όσο και ως ρεύμα σωματιδίων.

Σταθερή του Planck

Η σχέση μεταξύ της ενέργειας ενός φωτονίου και της συχνότητάς της μπορεί να περιγραφεί με την ακόλουθη εξίσωση:

Ε = hv

όπου το E είναι ενέργεια, το v είναι συχνότητα και το h είναι η σταθερά του Planck. Η σταθερά του Planck είναι πάντα η ίδια (δηλαδή η 'σταθερά') και ισούται με 6,62606957 * 10-34 m2 kg / s.

Διασκεδαστικά γεγονότα για τα φωτόνια
  • Όχι μόνο το φως αποτελείται από φωτόνια, αλλά όλη η ηλεκτρομαγνητική ενέργεια (δηλαδή μικροκύματα, ραδιοκύματα, ακτίνες Χ) αποτελείται από φωτόνια.
  • Η αρχική ιδέα του φωτονίου αναπτύχθηκε από το Albert Einstein . Ωστόσο, ήταν ο επιστήμονας Gilbert N. Lewis που χρησιμοποίησε για πρώτη φορά τη λέξη «φωτον».
  • Η θεωρία που δηλώνει ότι το φως συμπεριφέρεται τόσο σαν κύμα όσο και ως σωματίδιο ονομάζεται θεωρία διττότητας κυμάτων-σωματιδίων.
  • Τα φωτόνια είναι πάντα ηλεκτρικά ουδέτερα. Δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο.
  • Τα φωτόνια δεν αποσυντίθενται μόνα τους.