ما هي طاقة الفوتون؟

طاقة الفوتون (بالإنجليزيّة: Photon Energy) هي مقدار الطاقة التي يحملها فوتون واحد، ويتناسب مقدار هذه الطاقة طرديًا مع التردد الكهرومغناطيسي للفوتون، وعكسيًا مع الطول الموجي، فكلما ازداد تردد الفوتون ازدادت طاقته، ومع ازدياد طوله الموجي تقل طاقته، وتقاس طاقة الفوتون بوحدة الإلكترون فولت (بالإنجليزيّة: Electron volt) ويرمز لها بالرمز (ev)، ويمكن أن تستخدم وحدة الجول (بالإنجليزيّة: Joule)، لكن الإلكترون فولت هي الوحدة الأكثر شيوعًا، ويعادل الجول الواحد ما مقداره 6.24 × 1018 إلكترون فولت.[١][٢]


كيفية حساب طاقة الفوتونات

يمكن حساب طاقة الفوتون باستخدام القانون الآتي:[٣]


E=hv


وبما أن v=c / λ فإنه يمكن كتابة القانون كما يأتي:


E=hc / λ


حيث إن:

E: طاقة الفوتون المراد حسابها، وتقاس بوحدة الإلكترون فولت أو الجول.

h: ثابت بلانك، وهو يساوي 6.62607004 × 10-34.

c: سرعة الضوء في الفراغ، وتساوي 2.998 × 108 متر لكل ثانية.

λ: الطول الموجي، وتُقرأ لامدا، وتقاس بوحدة النانومتر.

v: تردد الفوتون، ويقاس بوحدة الهيرتز (Hz).


أمثلة على حساب طاقة الفوتون

فيما يأتي بعض الأمثلة التي توضح كيفية حساب طاقة الفوتون باستخدام القانون السابق:



السؤال:

احسب طاقة الفوتون بوحدة الجول إذا علمت أن مقدار تردد هذا الفوتون يساوي: 3.2x1014 .[٤]

الحل:
  • وضع قانون حساب طاقة الفوتون: E=hv.
  • تحديد المعطيات:

ثابت بلانك: 6.62607004 × 10-34

التردد: 3.2x1014

  • بضرب التردد بثابت بلانك يمكن الحصول على مقدار طاقة الفوتون:

E= 3.2x1014 x 6.62×10-34

E=2.12x10-19 J




السؤال:

إذا كان الطول الموجي (λ) لشعاع ضوئي ما يساوي 500 نانومتر (nm)، فما هي طاقة الفوتون الواحد؟[٤]

الحل:
  • وضع قانون حساب طاقة الفوتون: E= hc/ λ.
  • تحديد المعطيات كما يأتي:

ثابت بلانك: 6.626 × 10-34.

سرعة الضوء: 2.998 × 108 متر/ ثانية.

الطول الموجي: 500×10-9 متر.

  • تعويض المعطيات في القانون:

E= 6.626 × 10-34 x 2.998 × 108 / 500×10-9

E=3.97×10-19 J





ما هو الفوتون؟

يعرف الفوتون (بالإنجليزي: Photon) والذي يسمى أيضًا الضوء الكمي؛ بأنه حزمة من الطاقة الدقيقة للإشعاع الكهرومغناطيسي بأشكاله المختلفة؛ كأشعة غاما، والأشعة السينيّة، والأشعة عالية الطّاقة مثل الأشعّة تحت الحمراء، وأيضًا الأشعّة منخفضة الطّاقة كموجات الراديو، وللفوتونات سرعة عاليّة جدّا تقترب من سرعة الضوء.[٥]


وتعد الفوتونات بوزونات (بالإنجليزيّة: Bosons) أي أنها واحدة من الأجسام دون الذريّة، وقد أطلق هذا اللفظ لأول مرة على يد العالم الألماني ألبرت آينشتاين، وذلك في عام 1905م حيث اقترح آينشتاين وجود حزم طاقة منفصلة أثناء انتقال الضوء وذلك أثناء تفسيره للتأثير الكهروضوئي، وكان ذلك اعتمادا على ما سبقه به العالم الألماني الآخر ماكس بلانك حين وضّح أن انبعاث الإشعاع الحراري وامتصاصه يكون في وحدات مستقلّة أو كميّة، وقد جاءت كلمة الفوتون من اللغة اليونانيّة والتي تعني الضوء.[٥]





المراجع

  1. ↑ "Photon", energy education, Retrieved 5/8/2021. Edited.
  2. ↑ "Relation Between Ev And Joule", byjus, Retrieved 31/8/2021. Edited.
  3. ↑ "Planck's Constant", science direct, Retrieved 12/8/2021. Edited.
  4. ^ أ ب "Particles and Waves:", pstcc, Retrieved 12/8/2021. Edited.
  5. ^ أ ب "photon", britannica, Retrieved 5/8/2021. Edited.