| English | 意味 |
|---|---|
| photons/ˈfəʊtɒnz/ | 光子 |
| Planck's constant/plæŋks ˈkɒnstənt/ | プランク定数 |
光はパケット単位で来る
- 光は滑らかな流れではなく、小さな束（パケット）として到達する。
- 各束には固定された正確な量のエネルギーが含まれる。
- 青い光は赤い光よりもパケットあたりのエネルギーが大きい。
- これらのパケットにより、光と原子の間のエネルギー交換が説明できる。
各光子のエネルギー
- 光は光子と呼ばれるパケットで構成される。
- 光子のエネルギーは周波数のみに依存する：
- ここでの $h$ はプランク定数である。
$E = h\nu$ において、記号 $h$ は ____ 定数と呼ばれる。
難易度 1/5 · 100 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
$h$ はプランクの定数 $6.63\times10^{-34}\ \text{J·s}$ である。
高い周波数がより大きなエネルギー
- 高い周波数の光子はより大きなエネルギーを持つ。
- 短い波長は高い周波数を意味し、つまりよりエネルギーが高い。
- パケットごとに比較しても、紫外線の光子は赤い光子より優れている。
光子のエネルギーはそれ自身の…によって決まる。
難易度 1/5 · 100 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
$E = h\nu$ -- エネルギーは周波数に依存し、明るさには依存しない。
波長が短い光子の方が、波長が長い光子よりもエネルギーが大きい。
難易度 1/5 · 100 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
波長が短くなるほど周波数は高く、エネルギーも大きくなる。
遷移に合う光子を選ぶ
- 電子が能準を飛び越えるのは、光子のエネルギーがその隙間に完全に一致する場合のみである。
- 光子が吸収され、電子は上昇する。
- 光子を放出すると、電子は再び下降する。
光子のエネルギー
光子エネルギーは周波数に比例する：青く、周波数の高い光は、光子あたりより多くのエネルギーを持つ。
電子が光子を吸収するのは、光子のエネルギーが準位間隔と一致する場合のみである。
難易度 1/5 · 100 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
エネルギー準位は量子化されているので、正確に一致するものだけが吸収される。
周波数 $5\times10^{14}\ \text{Hz}$ の光子のエネルギーを求めよ（ただし $h = 6.63\times10^{-34}$ とする）。
- $E = h\nu = (6.63\times10^{-34})(5\times10^{14})$.
- $E \approx 3.3\times10^{-19}\ \text{J}$.
光子には$\nu = 2\times10^{15}\ \text{Hz}$と$h = 6.63\times10^{-34}$があります。そのエネルギーは？$\times10^{-18}$ Jの前の係数を入力してください（2桁）。
難易度 2/5 · 140 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
$E = h\nu = (6.63\times10^{-34})(2\times10^{15}) = 1.33\times10^{-18}\ \text{J}$.
暗い青色の光と明るい赤色の光がある。どちらの方がエネルギーの高い光子を持っているか。
難易度 1/5 · 100 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
青色のほうが高周波数であるためエネルギーが高い；明るさはただ光子の数に過ぎない。
光子のエネルギーは周波数（または波長）に依存し、明るさには依存しない。暗い青色光でも、明るい赤色光よりもエネルギーの高い光子を持つ。周波数を使う場合は $E = h\nu$ を、波長を使う場合は $E = hc/\lambda$ を用い、混同しないこと。エネルギーは固定されたパケット単位であるため、完全に一致する光子のみが遷移を引き起こす。
光は光子として伝わり、それぞれが $E = h\nu = hc/\lambda$ を持ちます。ここで $h$ はプランク定数です。周波数が高い（波長が短い）ほどエネルギーの高い光子となり、これは明るさではなく周波数によって決まります。電子が光子を吸収するのは、そのエネルギーが能級差と正確に一致したときだけです。