Фотон — квант электромагнитного излучения, то есть отдельная порция света.
В вакууме фотон движется со скоростью света , обладает энергией и импульсом . Направление импульса фотона совпадает с направлением распространения света.
Энергия фотона
Согласно гипотезе Планка, энергия одного фотона определяется его частотой:
где:
- — энергия фотона, Дж;
- — постоянная Планка;
- — частота излучения, Гц;
- — скорость света в вакууме;
- — длина волны в вакууме, м;
- — модуль импульса фотона, .
Для электромагнитной волны в вакууме , поэтому записи и выражают одну и ту же энергию. Чем больше частота и меньше длина волны, тем больше энергия фотона. Эта закономерность объясняет, почему разные области шкалы электромагнитных волн различаются энергией отдельных фотонов.
Импульс фотона
Модуль импульса фотона связан с его энергией, частотой и длиной волны:
Из формулы видно:
- при увеличении частоты в несколько раз импульс фотона увеличивается во столько же раз;
- при увеличении длины волны импульс фотона уменьшается;
- чем больше энергия фотона, тем больше его импульс: .
Важно
Формулы дают модуль импульса. Сам импульс — вектор , направленный вдоль распространения света.
Не путать
- Формулы определяют энергию и импульс одного фотона, а не всего светового потока.
- Фотон не имеет массы покоя, но обладает энергией и импульсом.
- В формулах этого пункта и относятся к распространению света в вакууме.
Коротко
Фотон — квант электромагнитного излучения. Его энергия равна , а модуль импульса — . Энергия и импульс фотона растут с частотой и уменьшаются при увеличении длины волны.
Корпускулярные свойства света проявляются в фотоэффекте, а передача импульса фотонов веществу объясняет давление света.