Ein Photon ist ein Lichtteilchen, das im Wesentlichen ein Paket elektromagnetischer Strahlung ist. Die Energie des Photons hängt von seiner Frequenz ab (wie schnell das elektrische Feld und das Magnetfeld wackeln). Je höher die Frequenz, desto mehr Energie hat das Photon. Natürlich hat ein Lichtstrahl viele Photonen. Dies bedeutet, dass wirklich intensives rotes Licht (viele Photonen mit etwas geringerer Energie) mehr Leistung in einen bestimmten Bereich bringen kann als weniger intensives blaues Licht (weniger Photonen mit höherer Energie).
Die Lichtgeschwindigkeit (c) im Vakuum ist konstant., Dies bedeutet, dass energetischere (hochfrequente) Photonen wie Röntgenstrahlen und Gammastrahlen mit genau der gleichen Geschwindigkeit wie niederfrequente (niederfrequente) Photonen wie im Infrarot wandern. Wenn die Frequenz eines Photons steigt, sinkt die Wellenlänge (), und wenn die Frequenz sinkt, nimmt die Wellenlänge zu. Die Gleichung, die diese drei Größen für Photonen bezieht, ist: .,
Da Wellenlänge und Frequenz voneinander bestimmt werden, kann die Gleichung für die in einem Photon enthaltene Energie auf zwei verschiedene Arten geschrieben werden:
oder
- = Energie des Photons
- = die plancksche Konstante (6.62606957(29)×10-34 J·s )
- = Photonenfrequenz
- = Photonenwellenlänge
- = Lichtgeschwindigkeit
Eine der seltsamsten Entdeckungen der Quantenmechanik ist, dass Licht und andere kleine Teilchen, wie Photonen, entweder Wellen oder Teilchen sind, abhängig von dem Experiment, das sie misst., Wenn Licht durch ein Prisma geht, breiten sie sich entsprechend der Wellenlänge aus.
Im Gegensatz dazu bombardieren Metall mit Licht, und es zeigt eine Teilchenseite seiner Natur,wo nur Photonen, die mehr als eine bestimmte Menge an Energie freisetzen Elektronen.
Dieses Experiment, der photoelektrische Effekt genannt, hat Einstein seinen Nobelpreis gewonnen. Photonen mit unzureichender Energie können Metall treffen, aber keine Elektronen lösen., Photonen, die eine Schwellenenergie überschreiten, klopfen normalerweise die Elektronen los, jedoch, wenn die Energie des Photons viel größer als notwendig wird, nimmt die Wahrscheinlichkeit ab, dass es ein Elektron ausstößt. Somit kann ein niedriger Gesamtenergiestrahl violetten Lichts Elektronen aus einem bestimmten Metall auswerfen, wo ein hoher energiereicher roter Strahl einen nicht ausstößt. Da jedes Photon im roten Strahl eine geringere Energie hat, gibt es viel mehr davon. Diese Entdeckung führte zur Quantenrevolution in der Physik., Klassische Physik und Intuition schließen beide fälschlicherweise, dass die Gesamtenergie des Strahls der wichtigste Faktor beim Ausstoßen von Elektronen wäre.
Dieses Phänomen ist wichtig für die Physik von Photovoltaikzellen.
Um mehr über Photonen zu erfahren, besuchen Sie bitte Hyperphysik Photonen und Hyperphysik die Lichtquanten.