Kwantowa natura promieniowania
- foton

Kwant - najmniejsza porcja jaką może mieć lub o jaką może się zmienić wielkość fizyczna

Światło jako strumień cząsteczek?

W XX wieku uczeni zaobserwowali kilka zjawisk, w których światło zachowuje się jakby składało się ze strumienia cząsteczek. Zjawiska te to zjawisko fotoelektryczne wyjaśnione w 1905 roku przez Alberta Einsteina i zjawisko Comptona. W zjawiskach tych światło reagowało z elektronami uderzając w nie i nadając im energię kinetyczną. Okazało się, że energia jaką otrzymuje jeden elektron nie zależy od natężenia promieniowania, tylko jest związana z jego częstotliwością. Wyglądało więc, że fale elektromagnetyczne grupują się w paczki poruszające się wspólnie i każda z nich z osobna uderza w napotkany elektron przekazując mu energię. Mówimy więc o kwantach energii fal elektromagnetycznych, a kwanty te uznajemy za rodzaj cząstek elementarnych nazywanych fotonami.

Foton

Światło możemy więc traktować jako strumień paczek energii, czyli strumień cząstek nazywanych fotonami.

Fotony poruszają się w próżni z prędkością światła
c = 3·10⁸ m/s

Energia fotonu

Foton nie jest typową cząsteczką, ponieważ w stanie spoczynku nie istnieje i musi poruszać się w próżni z prędkością c.

Energia pojedynczego fotonu jest proporcjonalna do częstotliwości drgań fali elektromagnetycznej

${\displaystyle E_f=h\cdot f}$    lub  ${\displaystyle E_f=h\cdot \frac{c}{\lambda }}$

gdzie h = 6.63·10^-34J·s - stała Plancka

Mechanika kwantowa

Kilka zjawisk związanych z falami elektromagnetycznymi świadczy o tym, że zachowują się one jak fale mimo, że w zjawisku fotoelektrycznym reagują jak cząstki. W jednym zjawisku ujawnia się tylko jedna natura promieniowania elektromagnetycznego albo falowa albo cząsteczkowa.

Obserwacja występowania porcji energii (kwantów) w zjawiskach mikroświata zupełnie inaczej niż w zjawiskach spotykanych na co dzień wymagała opracowania zupełnie innego spojrzenia na te zjawiska i opracowania teorii będącej w stanie wytłumaczyć procesy zachodzące w mikroświecie. Teorię tę nazwano mechaniką kwantową

Elektronowolty

Ponieważ fizycy badając energię elektronów hamują je w polu elektrycznym o określonym napięciu (V - wolty), więc najłatwiej im wyznaczać energię elektronów i tym samym uderzających fotonów w jednostkach nazywanych elektronowoltami.

1 e V = 1 · ( 1 , 6 · 10 ^{- 19} C ) · J/ C = 1 , 6 · 10 ^{- 19} J

Jak widać jednostka ta jest znacznie mniejsza niż J. Energia fotonu światła zawiera się w okolicach 2 eV do ponad 3 eV. Zapisana w dżulach była by małym ułamkiem.