Calcolatore per l'Energia dei Fotoni
Con questo calcolatore per l'energia dei fotoni, puoi esplorare la relazione tra la lunghezza d'onda e la frequenza del fotone e la sua energia. Leggi il testo qui sotto per scoprire come calcolare l'energia di un fotone e cos'è l'equazione di Planck.
Equazione di Planck
La luce ci appare fluida. Si diffrange, interferisce e si rifrange. Tuttavia, a livello microscopico, è portata da un minuscolo quantum di energia chiamato fotone. L'energia di un fotone dipende esclusivamente dalla sua lunghezza d'onda o frequenza. Poiché la luce viaggia alla velocità della luce, possiamo utilizzare la frequenza o la lunghezza d'onda per descriverla. Puoi consultare il calcolatore di lunghezza d'onda per esplorare la relazione tra lunghezza d'onda e frequenza.
Tornando ai fotoni, qual è la loro energia? L'energia di un singolo fotone è un piccolo numero dato dall'equazione di Planck. L'equazione di Planck mette in relazione la frequenza di un fotone con la sua energia attraverso una costante di Planck pari a:
La costante di Planck è espressa in unità (energia)×(tempo) e si può considerare come un fattore di conversione da energie a frequenze.
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Come calcolare l'energia di un fotone
L'equazione della fotoenergia di Planck è:
dove:
- — Energia di un fotone;
- — Costante di Planck;
- — Velocità della luce;
- — Lunghezza d'onda di un fotone; e
- — Frequenza di un fotone.
Questa equazione ci fornisce l'energia di un singolo, indivisibile quantum di luce e possiamo pensare alla luce come a un insieme di particelle. È vero anche il contrario. Possiamo pensare alle particelle ordinarie, come gli elettroni, come a delle onde. Consulta il calcolatore per la lunghezza d'onda di De Broglie 🇺🇸 per saperne di più su questo concetto.
Calcolatore per l'energia dei fotoni
L'energia di un singolo fotone è un numero piccolo perché la costante di Planck è piccola. L'energia di un singolo fotone di luce verde di lunghezza d'onda 520 nm ha un'energia di 2,38 eV. Puoi utilizzare il calcolatore per l'energia del fotone per approfondire la relazione tra l'energia del fotone e la sua frequenza o lunghezza d'onda.
Come si calcola l'energia di un fotone?
Per calcolare l'energia di un fotone, segui questi semplici passaggi:
- Se conosci la lunghezza d'onda, calcola la frequenza con la seguente formula:
f =c / λ,
dove c è la velocità della luce, f la frequenza e λ la lunghezza d'onda; - Se conosci la frequenza, o se l'hai appena calcolata, puoi trovare l'energia del fotone con la formula di Planck:
E = h × f,
dove h è la costante di Planck: h = 6,62607 015E-34 m² · kg/s; e - Ricorda di essere coerente con le unità di misura!
Quali sono i fotoni più energetici?
I fotoni con lunghezza d'onda minore sono più energetici — una lunghezza d'onda minore corrisponde a una frequenza maggiore e, grazie alla formula di Planck E = h × f, sappiamo che la frequenza è direttamente proporzionale all'energia.
La regione dello spettro che contiene i fotoni più energetici è quella associata alle radiazioni ionizzanti. Dalla luce ultravioletta estrema ai raggi X, si arriva ai raggi gamma, le radiazioni più energetiche conosciute dagli scienziati.
Qual è l'energia di un fotone con lunghezza d'onda di 450 nm?
L'energia di questo fotone è di 2,75 eV. Per trovare questo risultato:
-
Trova la frequenza: dividi la velocità della luce per la lunghezza d'onda:
f = 3E9 m/s/4,50E-7 m = 666,2E12 Hz = 666,2 THz;
-
Moltiplica la frequenza per la costante di Planck:
E = h × f = 666,2E12 Hz × 6,626E-34 m²-kg/s = 4,41E-19 J; e
-
Dividi questo risultato per la carica dell'elettrone, e, per trovare l'energia in elettronvolt:
E [ev] = E [J]/e = 2,75 eV
Ecco fatto!
Quali sono le energie dei fotoni nello spettro elettromagnetico?
L'energia dei fotoni nello spettro elettromagnetico varia molto:
-
Le onde radio a bassissima frequenza hanno energia dell'ordine dei femtoelettronvolt. Le loro lunghezze d'onda possono raggiungere i milioni di metri!
-
Le onde radio normali (quelle delle stazioni FM) hanno l'energia di centinaia di nano elettronvolt;
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La luce visibile ha energia da ~1,5 eV a 3,3 eV;
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I raggi X sono almeno mille volte più energetici della luce visibile e si collocano nella gamma dei keV; e
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I raggi gamma, le radiazioni EM più energetiche, hanno energia superiore ai megaelettronvolt — il danno è sicuro se colpiscono qualsiasi materiale!