فوتون

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة

الفوتون (بالإنجليزية: Photon) هو الجسيم الأولي المسؤول عن الظواهر الكهرطيسية. يحمل الفوتون موجات كل أشكال الإشعاع الكهرطيسي. ويختص بكونه معدوم كتلة السكون، ومعدوم الشحنة الكهربائية، بالإضافة لكونه يتنقل في الفراغ بسرعة الضوء. كبقية الجسيمات في ميكانيكا الكم، يتصرف الفوتون على أنه موجة أو جسيم (مثنوية موجة-جسيم)، وهو يختزن كمًا محددًا من الطاقة حسب المعادلة:

$E = \frac{hc}{\lambda}$ ،

حيث $h$ هو ثابت بلانك، و $c$ سرعة الضوء، و $λ$ طول الموجة.

[عدل] الفوتون في الفراغ

يتحرك الفوتون في الفراغ بسرعة الضوء 299792458 متر/ثانية وسرعته ثابته لا تتغير إلا إذا دخل وسطا آخر مثل الزجاج .

وبصفته كمة طاقة تعتمد طاقته E على ثابت بلانك h وتعطى بالعلاقة :

$E = h\nu\,.$

حيث:

$ν$ تردد موجة الفوتون

ونعطي هنا مثالا عدديا لفوتون معهود من الفوتونات الضوئية:

$E = \hbar \omega = (6{,}582\,119\,15 \cdot 10^{-16}\ \mathrm{eV \cdot s}) \cdot \omega$ ,

حيث:

E طاقة الفوتون بالإلكترون فولت eV

$\hbar = h/2\pi$

ω: التردد الزاوي (1/ثانية).

فإذا كان التردد الزاوي : (في الثانية) ω = 1,520 · 10¹⁵

تكون طاقة الفوتون : E = 1 eV

وهذه طاقة شعاع ضوء في منطقة طيف الأشعة تحت الحمراء .

كما يمكن حساب طاقة الفوتون بمعرفة طول موجته ، من المعادلة:

$E = h \cdot \nu = h \cdot c / \lambda = \left(1{,}239\,841\,939\ \mathrm {eV\mu m}\right) / \lambda$

حيث:

λ طول موجة الفوتون بالميكرومتر

فإذا كانت طول موجة الفوتون تساوي= 1,240 ميكرومتر فهي تساوي 1240 نانومتر

وتكون طاقة الفوتون : E = 1 eV

وللمقارنة فإن شعاع ضوء ذو طول موجة 620 نانومتر يكون لونه برتقالي ، وبالتالى تكون طاقته = 2 إلكترون فولت .

والفوتون يتحرك باستمرار بسرعة الضوء ولا يوجد في حالة سكون ، لذلك فله كمية حركة $p$ وهي تعطى بالعلاقة التالية الناتجة عن ميكانيكا الكم :

$p=\frac{h \nu}{c}=\frac{h}{\lambda}\,.$

[عدل] كيف ينشأ الفوتون

ينشأ الفوتون الضوئي في الذرة عندما يقفز أحد إلكترونات الذرة من مستوي طاقة علوي إلى مستوي طاقة سفلي ، عندئذ يطلق الإلكترون فارق الطاقة على هيئة فوتونا له تردد محدد .

ينشا الفوتون الضوئي في الغلاف الذري الإلكتروني عندما تثار الذرة بفعل الحرارة مثلا ويصبح أحد الإلكترونات في مستوي طاقة للذرة عال ، ولا يستطيع الإلكترون البقاء في ذلك المستوي فسرعان ما يقفز إلى مستوي طاقة سفلي ويطلق فارق الطاقة في هيئة فوتون (شعاع ضوء) له تردد محدد أو ذي طول موجة محددة.

فذرة الصوديوم على سبيل المثال تطلق عند الإثارة شعاعي ضوء تبلغ طول موجتهما 589 نانومتر و 590 نانومتر . ويقع هذان الشعاعان في منطقة اللون الأصفر للطيف ، هذان الشعاعان هما فوتونان .

وطيف الزئبق يصدر خطين من الفوتونات طول موجتيهما 579 و 577 نانومتر يقعان في منطقة الضوء الأصفر وخط ثالث ذو طول موجة 546 نانومتر وهذا يقع في منطقة الضوء الأخضر .

وكل من هذه الفوتونات ينشأ عندما يقفز أحد الإلكترونات من مستوي للطاقة عال إلى مستوي منخفض . وتصل طاقة هذه الفوتونات بين 5و0 و 6و0 إلكترون فولت (أي أقل من 1 إلكترون فولت ).

وبصفة عامة فالفوتونات عبارة عن أشعة كهرطيسية ، بعضها يمكن رؤيته وينتمي إلى أشعة الضوء المرئي ، والبعض الآخر يمكن أن يظهر في هيئة شعاع من الأشعة السينية ذات الطاقة العالية وبالتالي فلها درجة نفاذ عالية . وتنشأ الأشعة السينية عندما يقفز إلكترونا من مستوي عال في الذرة إلى مكان شاغر في الذرة بالقرب من النواة . فيكون فرق طاقتي المستويين بالغا ويصل إلى عدة مئات إلكترون فولت .

وهناك نوع من الفوتونات ذو طاقة عالية جدا تبلغ عدة ملايين إلكترون فولت مثل اشعة جاما . هذه الفوتونات لا تنشأ في الغلاف الذري للعناصر ، وإنما تصدر من نواة الذرة .

[عدل] أنظر أيضا

فوتون

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة

[عدل] الفوتون في الفراغ

[عدل] كيف ينشأ الفوتون

[عدل] أنظر أيضا

معاينة

أدوات شخصية

الموسوعة

بحث

إبحار

المشاركة والمساعدة

صندوق الأدوات

بلغات أخرى