Máy tính năng lượng photon là gì?
Công cụ này tính năng lượng mà một photon ánh sáng mang theo. Năng lượng của photon chỉ phụ thuộc vào tần số của nó (hay tương đương là bước sóng). Bạn chỉ cần nhập bước sóng theo nanomet hoặc tần số theo terahertz, máy tính sẽ trả về năng lượng photon theo đơn vị joule và electronvolt, kèm theo tần số và bước sóng tương ứng. Công cụ hoạt động với mọi vùng của phổ điện từ — sóng vô tuyến, hồng ngoại, ánh sáng khả kiến, tử ngoại, tia X và tia gamma.
Cách sử dụng
Trước tiên hãy chọn xem bạn muốn nhập bước sóng hay tần số. Với ánh sáng khả kiến, bước sóng trải dài khoảng từ 380 nm (tím) đến 700 nm (đỏ). Nhập giá trị của bạn và đọc ngay năng lượng photon. Khi chuyển đổi qua lại giữa hai chế độ, bạn sẽ thấy rõ mối quan hệ nghịch đảo: bước sóng càng ngắn và tần số càng cao thì photon càng giàu năng lượng.
Giải thích công thức
Hệ thức Planck–Einstein phát biểu rằng \(E = hf\), trong đó \(h = 6{,}626 \times 10^{-34}\ \text{J}\cdot\text{s}\) là hằng số Planck và \(f\) là tần số tính bằng hertz. Vì tốc độ ánh sáng liên hệ giữa tần số và bước sóng theo công thức \(c = f\lambda\) (với \(c = 2{,}998 \times 10^{8}\ \text{m/s}\)), nên ta cũng có thể viết $$E = \frac{hc}{\lambda}$$ Để biểu diễn kết quả theo electronvolt, ta chia năng lượng tính bằng joule cho điện tích nguyên tố \(1{,}602 \times 10^{-19}\ \text{C}\).
Ví dụ minh họa
Xét ánh sáng xanh lục có bước sóng \(500\ \text{nm} = 5{,}00 \times 10^{-7}\ \text{m}\). Tần số là $$f = \frac{c}{\lambda} = \frac{2{,}998 \times 10^{8}}{5{,}00 \times 10^{-7}} \approx 5{,}996 \times 10^{14}\ \text{Hz}$$ (khoảng 600 THz). Năng lượng là $$E = hf = 6{,}626 \times 10^{-34} \times 5{,}996 \times 10^{14} \approx 3{,}97 \times 10^{-19}\ \text{J}$$ tương đương khoảng 2,48 eV — một giá trị điển hình cho photon ánh sáng khả kiến.
Câu hỏi thường gặp
Tại sao năng lượng tỉ lệ với tần số chứ không phải bước sóng? Theo thuyết lượng tử, ánh sáng tồn tại dưới dạng những "gói" có năng lượng tỉ lệ thuận trực tiếp với tần số. Vì bước sóng tỉ lệ nghịch với tần số nên bước sóng càng ngắn thì năng lượng càng lớn.
Tôi nên dùng đơn vị nào? Hãy nhập bước sóng theo nanomet (nm) hoặc tần số theo terahertz (THz). Máy tính sẽ tự động chuyển đổi sang mét và hertz bên trong.
Kết quả này có áp dụng cho cả một chùm ánh sáng không? Kết quả là năng lượng của một photon đơn lẻ. Để có năng lượng của nhiều photon, bạn hãy nhân với số lượng photon.
