الفوتونات والضوء

الفوتونات والضوء

تعلمنا في الصفحة الضوئية أن للضوء خاصية فريدة تتمثل في التصرف كموجة وجسيم في نفس الوقت. ثم تعلمنا بعض الطرق التي الضوء يتصرف مثل الموجة . الآن نريد استكشاف كيف يتصرف الضوء أيضًا كجسيم. أطلق العلماء على الجسيمات التي تشكل فوتونات الضوء.

ما هو الفوتون؟

في الفيزياء ، الفوتون عبارة عن حزمة من الطاقة الكهرومغناطيسية. إنها الوحدة الأساسية التي يتكون منها كل ضوء. يشار إلى الفوتون أحيانًا باسم 'كم' الطاقة الكهرومغناطيسية.

لا يُعتقد أن الفوتونات تتكون من جسيمات أصغر. إنها وحدة أساسية في الطبيعة تسمى الجسيمات الأولية .

خصائص الفوتون

تحتوي الفوتونات على بعض الخصائص الأساسية التي تساعد في تحديد ماهيتها وكيف تتصرف. تشمل هذه الخصائص:
  • ليس لديهم كتلة.
  • ليس لديهم شحنة كهربائية.
  • إنها مستقرة.
  • إنها تحمل الطاقة والزخم اللذين يعتمدان على التردد.
  • يمكن أن يكون لديهم تفاعلات مع جسيمات أخرى مثل الإلكترونات.
  • يمكن تدميرها أو إنشاؤها بواسطة العديد من العمليات الطبيعية.
  • عندما يكونون في مساحة فارغة ، يسافرون بسرعة الضوء.
تتفاعل الفوتونات مع المادة

تتصرف الفوتونات مثل الجسيمات في قدرتها على التفاعل مع المادة. في بعض الحالات ، تمتص المادة طاقة الفوتون. في هذه الحالة ، قد تنبعث الطاقة الزائدة على شكل حرارة. أحد الأمثلة على ذلك هو ارتفاع درجة حرارة السطح الأسود للطريق في الشمس.

تتفاعل أعيننا أيضًا مع الفوتونات. عندما يضرب الفوتون العين فإنه يتحول إلى طاقة كهربائية تنتقل بعد ذلك إلى الدماغ لتكوين صورة.

عندما يتم امتصاص الطاقة من الفوتونات بواسطة المادة ، يمكن للمادة أن تصدر إلكترونات. هذه العملية تسمى التأثير الكهروضوئي. التأثير الكهروضوئي هو خاصية للضوء لا تفسرها نظرية أن الضوء عبارة عن موجة. هذا هو أحد الأسباب الرئيسية التي اختارها العلماء للتعامل مع الضوء كموجة وتدفق من الجسيمات.

ثابت بلانك

يمكن وصف العلاقة بين طاقة الفوتون وتردده بالمعادلة التالية:

ه = hv

حيث E هي الطاقة ، v هي التردد ، و h هو ثابت بلانك. ثابت بلانك هو نفسه دائمًا (أي 'الثابت') ويساوي 6.62606957 * 10-34 م 2 كجم / ثانية.

حقائق ممتعة عن الفوتونات
  • لا يتكون الضوء من الفوتونات فحسب ، بل تتكون كل الطاقة الكهرومغناطيسية (أي الموجات الدقيقة وموجات الراديو والأشعة السينية) من الفوتونات.
  • تم تطوير المفهوم الأصلي للفوتون بواسطة البرت اينشتاين . ومع ذلك ، كان العالم جيلبرت إن لويس هو أول من استخدم كلمة 'فوتون' لوصفه.
  • النظرية التي تنص على أن الضوء يتصرف مثل الموجة والجسيم تسمى نظرية ازدواجية الموجة والجسيم.
  • دائمًا ما تكون الفوتونات متعادلة كهربائيًا. ليس لديهم شحنة كهربائية.
  • لا تتحلل الفوتونات من تلقاء نفسها.