Формулы по физике 11 класс: фотоны

Фотон — квант электромагнитного излучения, который переносит энергию и импульс. Основные формулы темы позволяют рассчитывать энергию, массу и импульс фотона, а также определять параметры излучения по частоте и длине волны.

Формулы: фотоны

Что находим	Формула	Обозначения и единицы СИ
Энергия фотона (формула Планка)	E = h·ν = h·c/λ	E — энергия фотона, Дж h — постоянная Планка (6,63·10^{-34} Дж·с), Дж·с ν — частота электромагнитного излучения, Гц c — скорость света в вакууме (3·10^{8} м/с), м/с λ — длина волны электромагнитного излучения, м
Импульс фотона	p = E/c = h·ν/c = h/λ	p — импульс фотона, кг·м/с E — энергия фотона, Дж c — скорость света в вакууме, м/с h — постоянная Планка, Дж·с ν — частота электромагнитного излучения, Гц λ — длина волны электромагнитного излучения, м
Связь частоты и длины волны	c = λ·ν ν = c/λ λ = c/ν	c — скорость света в вакууме, м/с λ — длина волны, м ν — частота электромагнитного излучения, Гц
Число фотонов в излучении	N = W/E = W/(h·ν)	N — число фотонов W — полная энергия излучения, Дж E — энергия одного фотона, Дж h — постоянная Планка, Дж·с ν — частота излучения, Гц
Энергия фотонов в пучке через мощность и время	W = P·t N = P·t/(h·ν)	W — полная энергия излучения, Дж P — мощность излучения, Вт t — время излучения, с N — число испущенных фотонов h — постоянная Планка, Дж·с ν — частота излучения, Гц

Когда какую формулу применять

Для определения энергии одного фотона используйте E = h·ν, если известна частота, или E = h·c/λ, если известна длина волны.
Для расчёта импульса фотона применяйте p = h/λ или p = E/c.
Если известна длина волны, а требуется частота, используйте ν = c/λ. Если известна частота, определяйте длину волны по формуле λ = c/ν.
Для определения числа фотонов разделите полную энергию излучения на энергию одного фотона: N = W/E. Если известны мощность и время, сначала найдите W = P·t.
Переводите длину волны в метры, частоту выражайте в герцах, мощность — в ваттах, время — в секундах. Не путайте энергию одного фотона с полной энергией пучка.

Пример решения задачи

Источник света излучает монохроматический свет с длиной волны 600 нм. Определите энергию одного фотона. Постоянная Планка h = 6,63·10^-34 Дж·с, скорость света c = 3·10⁸ м/с.

Дано:

λ = 600 нм = 6·10^-7 м

h = 6,63·10^-34 Дж·с

c = 3·10⁸ м/с

E — ?

Решение:

Энергия фотона определяется формулой:

E = h·c/λ

Подставим значения:

E = (6,63·10^-34·3·10⁸)/(6·10^-7) = 3,315·10^-19 Дж.

Ответ: 3,315·10^-19 Дж.