خصائص الفوتون. وسنتحدث أيضًا عن خصائص الفوتون، والفرق بين الفوتون والإلكترون، وهل الفوتون مادة، وقانون حساب عدد الفوتونات وطاقة الفوتون. كل هذه المواضيع يمكنك العثور عليها في مقالتنا.
خصائص الفوتون
1-جسيمات عديمة الكتلة، لا طاقة ساكنة لها، لأنها لا تتوقف عن الحركة.
الجسيمات الأولية بالرغم من عدم كتلتها.
2- لا يوجد به شحنة كهربائية.
3-الجزيئات المستقرة.
4- يصنف الفوتون على أنه بوزون، إذ تبلغ قيمة دورانه الذاتي واحدًا.
5- تحمل الفوتونات الطاقة والزخم المتعلقين بالرقم الموجي (التردد).
6- يمكنها التفاعل مع جسيمات أخرى مثل الإلكترونات ومثال عليها تأثير كومبتون.
7- يمكن تدميرها أو امتصاصها بالعمليات الطبيعية، وذلك عند انبعاث أو امتصاص الإشعاع.
8- ينتقل بسرعة الضوء في الفراغ .
الفرق بين الفوتون والإلكترون
الإلكترون هو جسيم دون ذري يلعب دورًا حيويًا في كل شيء تقريبًا. الفوتون عبارة عن حزمة مفاهيمية من الطاقة، وهو أمر مهم جدًا في ميكانيكا الكم.
الإلكترون والفوتون مفهومان تطورا بشكل ملحوظ مع تطور ميكانيكا الكم. ومن الضروري أن يكون لديك فهم سليم لهذه المفاهيم، من أجل فهم مجال ميكانيكا الكم والميكانيكا الكلاسيكية والمجالات ذات الصلة بشكل صحيح. في هذه المقالة، سنناقش ما هو الإلكترون والفوتون، وتعريفاتهما، وأوجه التشابه بينهما، وأخيرا الاختلافات بين الإلكترون والفوتون.
الإلكترون
تتكون الذرة من نواة موجبة الشحنة وتحتوي تقريبًا على كل الكتلة والإلكترونات التي تدور حول النواة. هذه الإلكترونات مشحونة سالبًا، ولها كمية صغيرة جدًا من الكتلة مقارنة بالنواة.
تبلغ كتلة السكون للإلكترون 9.11 × 10 -31 كجم. يقع الإلكترون في فصيلة الفرميونات من الجسيمات الذرية. تمتلك الإلكترونات نصف قيم صحيحة أثناء دورانها. الدوران هو خاصية تصف الزخم الزاوي للإلكترون.
وصفت النظرية الكلاسيكية للإلكترون الإلكترون بأنه جسيم يدور حول النواة.
ومع تطور ميكانيكا الكم، تبين أن الإلكترون يتصرف كموجة أيضًا.
يمتلك الإلكترون مستويات طاقة محددة.
يتم تعريف مدار الإلكترون الآن على أنه دالة الاحتمال للعثور على الإلكترون حول النواة.
يتصرف الإلكترون كموجة وجسيم. عند النظر إلى إلكترون متحرك، تصبح بعض خصائص الموجة بارزة من خصائص الجسيمات. عندما يتعلق الأمر بالتفاعلات، تكون خصائص الجسيمات أكثر وضوحًا من خصائص الموجة.
تبلغ شحنة الإلكترون 1.602 × 10 -19 درجة مئوية. وهذه هي أصغر كمية شحن يمكن لأي نظام الحصول عليها.
هل الفوتون مادة؟
الفوتون هو الوحدة الأساسية للضوء، وهو عبارة عن كمية صغيرة جدًا من الإشعاع الكهرومغناطيسي.
وافترض أينشتاين أن الفوتونات عبارة عن جسيمات، وأن تيار الفوتونات عبارة عن موجات، وأن الضوء له طبيعة جسيمية، وذلك بعد أن اكتشف ظاهرة التأثير الكهروضوئي، حيث تطير الإلكترونات من لوحة معدنية عند تعرضها لشعاع من الضوء. لو كان الضوء موجة، لما حدث هذا.
النقطة الأساسية في نظرية الكم للضوء لأينشتاين هي أن طاقة الفوتون مرتبطة بتردد تذبذبه، حيث أنها تساوي تردد التذبذب مضروبًا في ثابت بلانك، وتزداد طاقة الفوتون بزيادة التذبذب، في حين أن شدة الضوء ترتبط بعدد الفوتونات. ترجع الخصائص المختلفة للضوء إلى سلوك جسيمات صغيرة للغاية تسمى الفوتونات. وهو نوع من الموجات الكهرومغناطيسية.
قانون حساب عدد الفوتونات
اضرب ثابت بلانك، 6.63 × 10^-34، في سرعة الموجة. بافتراض أن سرعة الموجة هي سرعة الضوء في الفراغ، وهي 3 × 10^8 متر في الثانية: 6.63 × 10^-34 × 3 × 10^8 = 1.99 × 10^-25.
اقسم النتيجة على الطول الموجي. إذا كنت تحسب، على سبيل المثال، موجة ذات طول موجي 650 × 10^-9 متر: (1.99 × 10^-25) / (650 × 10^-9) = 3.06 × 10^-19
اقسم قوة الموجة على هذه الإجابة. على سبيل المثال، إذا كنت تحسب كل الفوتونات المنبعثة من مصباح كهربائي بقدرة 100 واط: 100 / (3.06 × 10^-19) = 3.27 × 10^20. هذا هو عدد الفوتونات التي يحملها الضوء في كل ثانية.
طاقة الفوتون
طاقة الفوتون هي الطاقة التي يحملها فوتون واحد. وتتناسب كمية هذه الطاقة بشكل مباشر مع التردد الكهرومغناطيسي للفوتون، وتتناسب عكسيا مع الطول الموجي. كلما زاد تردد الفوتون، زادت طاقته، وكلما زاد طوله الموجي، انخفضت طاقته.
يمكن التعبير عن طاقة الفوتون باستخدام أي من وحدات الطاقة، وأكثرها شيوعاً الإلكترون فولت، والجول، ومشتقاتها مثل الميكروجول، حيث إن الجول الواحد يعادل 6.24×10 أس 18 إلكترون فولت. ويفضل استخدام وحدات كبيرة عند الإشارة إلى طاقة الفوتونات ذات الترددات العالية أو الطاقة العالية كما في حالة أشعة جاما، على عكس الفوتونات ذات الطاقة المنخفضة مثل نطاق الترددات الراديوية للطيف الكهرومغناطيسي.
حيث E: طاقة الفوتون، h: ثابت بلانك، c: سرعة الضوء في الفراغ، ؟: الطول الموجي للفوتون، وبما أن c و h ثابتان، فإن طاقة الفوتون تتناسب عكسيا مع الطول الموجي؟