תובנה על פוטונים?

מהי אנרגיית פוטון?

האנרגיה של פוטון קשורה ישירות לתדר של אותו פוטון. ככל שהתדר של פוטון גבוה יותר, האנרגיה שלו גבוהה יותר. לפוטונים עם אורכי גל קצרים יותר יש יותר אנרגיה. האנרגיה בפוטון קשורה ישירות הן לתדר שלו והן לאורך הגל שלו. ניתן לחשב אנרגיה באמצעות המשוואה E = hf, כאשר E היא אנרגיה, h הוא הקבוע של פלאנק, ו-f מייצג את התדר. ניתן לחשב את אורך הגל של פוטון באמצעות המשוואה W = f / p, כאשר W הוא אורך הגל, f הוא תדר, ו-p הוא התנע של הפוטון.

מהו המומנטום של פוטון?

התנע של פוטון הוא כמות הכוח שמפעיל פוטון במהלך נסיעתו. ככל שהתנע של פוטון גבוה יותר, כך הוא מפעיל יותר כוח על פני השטח. התנע של פוטון קשור ישירות לאורך הגל שלו. ככל שאורך הגל של פוטון קצר יותר, כך התנע גבוה יותר. התנע של הפוטון קשור ישירות לאורך הגל וגם לתדר שלו. ניתן לחשב את התנע על ידי המשוואה p = hf, כאשר p מייצג את המומנטום ו-h הוא הקבוע של פלאנק. ניתן לחשב את אורך הגל של פוטון באמצעות המשוואה W = f / p, כאשר W הוא אורך הגל, f הוא תדר, ו-p הוא התנע של הפוטון.

ממה עשויים פוטונים?

מבחינה טכנית, לפוטונים אין מסה פיזיקלית. במקום זאת, הם עשויים מקרינה אלקטרומגנטית. פוטונים מורכבים מגלים אלקטרומגנטיים העוברים בחלל וניתנים לזיהוי על ידי העיניים, האוזניים והעור שלנו. מכיוון שאין לפוטונים מסה, הם יכולים להיווצר גם בוואקום. לפי תורת היחסות של איינשטיין, אנרגיה ומסה ניתנות להחלפה, כך שכאשר פוטונים נוצרים בוואקום, האנרגיה שהם משחררים שווה ערך לכמות המסה שהם מאבדים. כאשר הם נוצרים, הם חסרי מסה, אך הם יכולים לצבור מסה כאשר הם מקיימים אינטראקציה עם אלקטרונים בתוך חומרים כמו זכוכית או מים.

כיצד מיוצרים פוטונים?

הדרך הטובה ביותר לתאר כיצד נוצרים פוטונים היא באמצעות דוגמה. כאשר אור זורח על חפץ, הוא או קופץ או נספג על ידי החפץ. אם האור נבלע, האלקטרונים בתוך האטומים המרכיבים את העצם מתרגשים וקופצים לרמות אנרגיה גבוהות יותר. כאשר האלקטרונים נופלים בחזרה למצבם המקורי, הם משחררים את האנרגיה שהם רכשו מהאור כפוטון חדש. תהליך זה נקרא 'פליטה מעוררת'. כדי שהאלקטרונים יפלטו פוטון, הם צריכים 'מאגר' של אנרגיה. זה יכול להגיע ממקור תרמי (חום) כמו נורת ליבון, או מקור לא תרמי כמו לייזר.

זיהוי פוטון

ישנן מספר דרכים שניתן לזהות פוטונים, בהתאם לאורך הגל שלהם ולסוג הגלאי בשימוש. גלאי פוטון הרגישים לאורך גל רחב נוטים לשמש ליישומי הדמיה, בעוד שגלאי אורך גל צרים יותר משמשים לרוב עבור ספקטרוסקופיה. צינורות Photomultiplier (PMTs) הם הסוג הנפוץ ביותר של גלאי לפוטונים גלויים. הם יכולים לזהות פוטונים עד לסביבות 300 ננומטר, מה שהופך אותם לאידיאליים לניתוח אורכי גל גלויים.

כיצד משתמשים בפוטונים בגוף האדם?

גוף האדם יכול להשתמש בפוטונים בדרכים רבות. לדוגמה, הפוטונים של השמש משמשים לתחנות כוח ולהניע את תהליך הפוטוסינתזה. לאחר מכן בני אדם צורכים את הצמחים הללו ואת הפוטונים שהם אוגרים. תהליך זה נקרא 'קצירת פוטונים'. גוף האדם גם משתמש בפוטונים כדי ליצור אנרגיה. על ידי קליטת פוטונים, אלקטרונים בגופנו עוברים לרמת אנרגיה גבוהה יותר. לאחר מכן הם משחררים את האנרגיה העודפת כאור כאשר הם נופלים חזרה לרמת אנרגיה נמוכה יותר. תהליך זה נקרא 'קרינה'.

מילים אחרונות

פוטונים הם יחידות האור הקטנות ביותר, אבל הם נושאים הרבה כוח! הם הדבר המהיר ביותר ביקום ויכולים לנסוע למרחקים ארוכים מבלי להיקלע להתנגשות. החלקיקים הקטנים והמוזרים האלה יכולים להיווצר גם בוואקום ולהתקיים ללא מסה. וגוף האדם יכול להפוך את הפוטונים של השמש לאנרגיה שניתן לאחסן או להשתמש בה באופן מיידי בהתאם לנסיבות! לא פלא שפוטונים כל כך מעניינים!