ما هي العلاقة بين الطول الموجي للفوتون وكمية الحركة الخطية له؟

1 إجابة واحدة

الضوء له طبيعة جسمية وموجية بذات الوقت، وتعرف الفوتونات بأنها كمبات الضوء، وهي حزمة من الأشعة الكهرومغناطيسية موجودة في الكثير من أشكال الأشعة، مثل أشعة غاما والأشعة السينية، والأشعة تحت الحمراء التي تحتوي طاقة منخفضة، أيضاً في الضوء المرئي، والإنسان غير قادر على إدراك الفوتونات وذلك بسبب سرعتها العالية جداً التي تقارب سرعة الضوء، وهي من الجسيمات دون الذرية وتعتبر بوزونات.

كان هذا المصطلح نتيجة تعليل التأثير الكهروضوئي من قبل ألبرت آينشتاين، الذي اقترح أنّ هناك حزمة من الطاقة منفصلة أثناء انتقال الضوء، وقد مهد العالم الألماني ماكس بلانك، لمفهوم الفوتونات عام 1900 فقد وضّح انبعاث وامتصاص الإشعاع الحراري في وحدات مستقلة أو ما يدعى بالكمات، وقد تم استخدام مفهوم الفوتونات في عام 1923، وكان ذلك بعد قيام آرثر إتش كومبتون بإظهار طبيعة الأشعة السينية الجسمية، وهذا المصطلح مآخوذ من الكلمة اليونانية “phōtos” بمعنى “الضوء”.

وعلى الرغم من عدم وجود كتلة للفوتونات إلا أنها تعد جسيمات أولية ولا يمكن تحللها من تلقاء نفسها، ويمكن إنشاؤها من التفاعل بينها وبين الجسيمات الأخرى إلا أنها محايدة كهربائياً، وتقوم الفوتونات بالدوران مع مجور دوران للإمام أو للخلف وذلك اعتماداً على اتجاه الفوتون، وهذا ما يسمح للضوء بالاستقطاب، وتمتلك الفوتونات العديد من الخواص يمكن ذكرها، أهمها:

  • وجود خصائص الجسيمات والموجة في نفس الوقت للأمواج.
  • تحركها في سرعة ثابتة في الفراغ بسرعة تساوي سرعة الضوء.
  • لا تمتلك الفوتونات كتلة لذلك يمكن إنشاؤها وتدميرها عند امتصاص الطاقة أو انبعاثها.
  • يتفاعل الفوتون مع الإلكترونات والجسيمات الأخرى، مثال على ذلك تأثير كومبتون، حيث يتم اصطدام جزيئات الضوء مع الذرات الأمر الذي يسبب إطلاق للإلكترونات.

وكمية الحركة أو زخم الحركة هو من الكميات الفيزيائية التي بدأ تعريفها عبر الفيزياء الكلاسيكية وكانت تعرف بأنها ناتج ضرب الكتلة بالسرعة، ويتم تطبيق مبدأ الانحفاظ حيث تكون كمية الحركة المدروسة ثابتة، وتقاس بـ kg*m/s.

وتعرف طول الموجة بأنها المسافة بين الوحدات الموجية فهي المسافة الفاصلة بين الأجزاء المتشابهة، مثل القاع مع القاع أو قمة مع قمة، ويمكن حساب طول الموجة للفوتون وذلك عبر قسمة سرعة الضوء على تردد الموجة الكهرومغناطيسية.

الفوتونات لا تمتلك كتلة ولكنها تمتلك طاقة E = hf = hc/λ حيث أنّ h هو ثابت بلانك وتتناسب الطاقة عكساً مع طول الموجة الكهرومغناطيسية، كلما قصرت الموجة زادت طاقة الفوتون، والعكس صحيح كلما زاد طول الموجة نقصت الطاقة.

وتعطى كمية الحركة للفوتون أو الزخم بالعلاقة:

p = hf/c = h/λ

وهذا يعني أنّ كمية الحركة تتناسب عكساً مع طول الموجة كلما ازداد أحدهما نقُص الآخر.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "ما هي العلاقة بين الطول الموجي للفوتون وكمية الحركة الخطية له؟"؟