Foton

Işık hem dalga hem parçacık gibi davranır. Parçacık yüzünü anlatan kavram fotondur: ışık sürekli bir akış yerine, her biri belirli bir enerji taşıyan küçük paketler hâlinde yayılır ve soğurulur.

Foton enerjisi

Max Planck'ın bağıntısına göre bir fotonun enerjisi frekansıyla doğru, dalga boyuyla ters orantılıdır:

E = h × f = h × c / λ

Burada h ≈ 6,626 × 10⁻³⁴ J·s Planck sabiti, c ≈ 3 × 10⁸ m/s ışık hızıdır. Atomik ölçekte enerji genellikle elektronvolt (eV) ile ifade edilir; pratik bir kısayol E (eV) ≈ 1240 / λ (nm)'dir.

Örnek

500 nm dalga boylu yeşil ışığın bir fotonu yaklaşık 6,626 × 10⁻³⁴ × 3 × 10⁸ / 5 × 10⁻⁷ ≈ 3,98 × 10⁻¹⁹ J, yani yaklaşık 2,48 eV enerji taşır. Kırmızı ışığın fotonları daha az, morötesi ışığınkiler daha fazla enerjilidir. Herhangi bir dalga boyu için foton enerjisi hesaplamasını yapabilirsin; frekansla dalga boyu arasındaki geçiş için dalga boyu ve frekans aracı işine yarar.

Neden önemli?

• Fotoelektrik olay: Metalden elektron koparmak için ışığın şiddeti değil, tek tek fotonların enerjisi belirleyicidir. Einstein'a Nobel ödülünü getiren açıklama budur.
• Güneş panelleri: Yarı iletkende elektron serbest bırakabilmek için fotonun enerjisi malzemenin bant aralığını aşmalıdır.
• Morötesi ve cilt: UV fotonları yeterince enerjili olduğu için DNA'ya zarar verebilir; görünür ışık fotonları veremez.

Dikkat

Fotonun durgun kütlesi sıfırdır, ama momentumu vardır: p = h / λ. Işık şiddetinin artması fotonların enerjisini değil, sayısını artırır.