ما هي حاسبة طاقة الفوتون؟
تحسب هذه الأداة الطاقة التي يحملها فوتون ضوئي واحد. تعتمد طاقة الفوتون على تردده فقط (أو بصورة مكافئة على طوله الموجي). أدخِل إما طولاً موجياً بالنانومتر أو تردداً بالتيراهرتز، فتعيد لك الحاسبة طاقة الفوتون بالجول والإلكترون فولت، إلى جانب التردد والطول الموجي المقابلين. وهي تعمل مع أي جزء من الطيف الكهرومغناطيسي — الموجات الراديوية والأشعة تحت الحمراء والضوء المرئي وفوق البنفسجية والأشعة السينية وأشعة جاما.
طريقة الاستخدام
اختر ما إذا كنت تريد إدخال طول موجي أم تردد. بالنسبة للضوء المرئي، تتراوح الأطوال الموجية تقريباً من 380 نانومتر (البنفسجي) إلى 700 نانومتر (الأحمر). اكتب قيمتك واقرأ طاقة الفوتون مباشرة. كما يتيح لك التبديل بين الوضعين التحقق من العلاقة العكسية: فالأطوال الموجية الأقصر والترددات الأعلى تعني دائماً فوتونات أعلى طاقة.
شرح المعادلة
تنص علاقة بلانك–آينشتاين على أن \(E = hf\)، حيث \(h = 6.626 \times 10^{-34}\) جول·ثانية هو ثابت بلانك، وf هو التردد بالهرتز. ولأن سرعة الضوء تربط بين التردد والطول الموجي عبر العلاقة \(c = f\lambda\) (حيث \(c = 2.998 \times 10^{8}\) متر/ثانية)، يمكننا أيضاً كتابة المعادلة بالصورة $$E = \frac{hc}{\lambda}$$ وللتعبير عن النتيجة بالإلكترون فولت، نقسم الطاقة بالجول على الشحنة الأولية، \(1.602 \times 10^{-19}\) كولوم.
مثال محلول
لنأخذ الضوء الأخضر ذا الطول الموجي 500 نانومتر = \(5.00 \times 10^{-7}\) متر. يكون التردد $$f = \frac{c}{\lambda} = \frac{2.998 \times 10^{8}}{5.00 \times 10^{-7}} \approx 5.996 \times 10^{14} \text{ هرتز}$$ (نحو 600 تيراهرتز). أما الطاقة فهي $$E = hf = 6.626 \times 10^{-34} \times 5.996 \times 10^{14} \approx 3.97 \times 10^{-19} \text{ جول}$$ أي ما يعادل نحو 2.48 إلكترون فولت — وهي قيمة نموذجية لفوتونات الضوء المرئي.
الأسئلة الشائعة
لماذا تتناسب الطاقة مع التردد لا مع الطول الموجي؟ تقول النظرية الكمومية إن الضوء يأتي في حُزَم تتناسب طاقتها طردياً مع التردد. وبما أن الطول الموجي يرتبط عكسياً بالتردد، فإن الأطوال الموجية الأقصر تحمل طاقة أكبر.
ما الوحدات التي ينبغي استخدامها؟ أدخِل الطول الموجي بالنانومتر (nm) أو التردد بالتيراهرتز (THz). وتقوم الحاسبة بالتحويل داخلياً إلى الأمتار والهرتز.
هل ينطبق هذا على حزمة ضوئية كاملة؟ النتيجة هي طاقة فوتون واحد. وللحصول على طاقة عدد كبير من الفوتونات، اضرب الناتج في عدد الفوتونات.
