פוטונים ואור

פוטונים ואור

למדנו על דף האור כי לאור יש מאפיין ייחודי להתנהג כמו גל וחלקיק בו זמנית. למדנו אז כמה מהדרכים האור מתנהג כמו גל . כעת אנו רוצים לחקור כיצד גם האור מתנהג כמו חלקיק. מדענים ציינו את החלקיקים המרכיבים פוטונים קלים.

מהו פוטון?

בפיזיקה פוטון הוא צרור אנרגיה אלקטרומגנטית. זוהי היחידה הבסיסית המרכיבה את כל האור. לפעמים מכנים את הפוטון 'קוונטית' של אנרגיה אלקטרומגנטית.

לא חושבים שפוטונים מורכבים מחלקיקים קטנים יותר. הם יחידת טבע בסיסית הנקראת חלקיק יסודי .

מאפיינים של פוטון

לפוטונים יש כמה מאפיינים בסיסיים שעוזרים להגדיר מה הם ואיך הם מתנהגים. מאפיינים אלה כוללים:
  • יש להם אפס מסה.
  • אין להם מטען חשמלי.
  • הם יציבים.
  • הם נושאים אנרגיה ומומנטום שתלויים בתדירות.
  • הם יכולים לקיים אינטראקציות עם חלקיקים אחרים כגון אלקטרונים.
  • הם יכולים להיהרס או ליצור על ידי תהליכים טבעיים רבים.
  • כאשר הם נמצאים בחלל ריק, הם נוסעים במהירות האור.
פוטונים אינטראקציה עם חומר

פוטונים מתנהגים כמו חלקיקים בכך שהם יכולים לתקשר עם חומר. במקרים מסוימים אנרגיית הפוטון נספגת בחומר. במקרה זה האנרגיה הנוספת עשויה להיפלט כחום. אחת הדוגמאות לכך היא החלק השחור של הכביש שמתחמם בשמש.

העיניים שלנו מתקשרות גם עם פוטונים. כאשר פוטון פוגע בעין הוא הופך לאנרגיה חשמלית המועברת לאחר מכן למוח כדי ליצור תמונה.

כאשר האנרגיה מהפוטונים נספגת בחומר, החומר יכול לפלוט אלקטרונים. תהליך זה נקרא אפקט הפוטואלקטרי. האפקט הפוטואלקטרי הוא מאפיין של אור שאינו מוסבר על ידי התיאוריה לפיה האור הוא גל. זו אחת הסיבות העיקריות לכך שמדענים בחרו להתייחס לאור גם כאל גל וגם כזרם של חלקיקים.

הקונסטנט של פלאנק

ניתן לתאר את הקשר בין אנרגיית הפוטון לתדירותו באמצעות המשוואה הבאה:

E = hv

כאשר E הוא אנרגיה, v הוא תדר, ו- h הוא קבוע של פלאנק. הקבוע של פלאנק תמיד זהה (כלומר 'קבוע') ושווה ל 6.62606957 * 10-34 מ'ר ק'ג / שנייה.

עובדות מהנות על פוטונים
  • לא רק האור מורכב מפוטונים, אלא שכל האנרגיה האלקטרומגנטית (כלומר מיקרוגל, גלי רדיו, צילומי רנטגן) מורכבת מפוטונים.
  • הרעיון המקורי של הפוטון פותח על ידי אלברט איינשטיין . עם זאת, היה זה המדען גילברט נ 'לואיס שהשתמש במילה' פוטון 'לראשונה לתיאורו.
  • התיאוריה הקובעת כי אור מתנהג כמו גל וחלקיק נקראת תורת הדואליות של גל וחלקיקים.
  • פוטונים הם תמיד ניטרלים מבחינה חשמלית. אין להם מטען חשמלי.
  • פוטונים אינם מתכלים מעצמם.