Un fotone è una particella di luce che è essenzialmente un pacchetto di radiazione elettromagnetica. L’energia del fotone dipende dalla sua frequenza (quanto velocemente il campo elettrico e il campo magnetico si muovono). Maggiore è la frequenza, maggiore è l’energia del fotone. Naturalmente, un fascio di luce ha molti fotoni. Ciò significa che la luce rossa davvero intensa (molti fotoni, con energia leggermente inferiore) può trasportare più energia in una data area rispetto alla luce blu meno intensa (meno fotoni con energia più elevata).
La velocità della luce (c) nel vuoto è costante., Ciò significa che i fotoni più energetici (ad alta frequenza) come i raggi X e i raggi gamma viaggiano esattamente alla stessa velocità dei fotoni a bassa energia (a bassa frequenza), come quelli nell’infrarosso. Come la frequenza di un fotone va su, la lunghezza d’onda () va giù, e come la frequenza va giù, la lunghezza d’onda aumenta. L’equazione che mette in relazione queste tre quantità per i fotoni è:.,
Poiché la lunghezza d’onda e frequenza sono stabiliti da ogni altro, l’equazione per l’energia contenuta in un fotone può essere scritto in due modi diversi:
o
- = energia del fotone
- = la costante di Planck (6.62606957(29)×10-34 J·s )
- = fotone di frequenza
- = fotone di lunghezza d’onda
- = velocità della luce
Una delle più strane scoperte della meccanica quantistica è che la luce e altre piccole particelle come i fotoni, sono onde o particelle a seconda dell’esperimento, che le misure di loro., Quando la luce passa attraverso un prisma si diffondono in base alla lunghezza d’onda.
Al contrario, bombardano il metallo con la luce e visualizza un lato particellare della sua natura, dove solo i fotoni che hanno più di una specifica quantità di energia rilasciano elettroni.
Questo esperimento, chiamato effetto fotoelettrico, è quello che ha vinto Einstein il suo premio Nobel. I fotoni con energia insufficiente possono colpire il metallo, ma non libereranno gli elettroni., I fotoni che superano un’energia di soglia di solito bussano gli elettroni sciolti, tuttavia, poiché l’energia del fotone diventa molto più grande del necessario, la probabilità che espelle un elettrone diminuisce. Quindi un fascio di luce viola a bassa energia totale potrebbe espellere elettroni da un particolare metallo, dove un raggio rosso ad alta energia non riesce a espellerne uno. Poiché ogni fotone nel raggio rosso ha un’energia inferiore, ce ne sono molti di più. Questa scoperta è ciò che ha portato alla rivoluzione quantistica in fisica., La fisica classica e l’intuizione concludono erroneamente che l’energia totale del fascio sarebbe il fattore più importante nell’espulsione degli elettroni.
Questo fenomeno è importante per la fisica delle celle fotovoltaiche.
Per saperne di più sui fotoni visita hyperphysics photons and hyperphysics the quanti of light.