اندازه فوتون چقدر است؟

یکی از اکتشافات محوری قرن بیستم به رسمیت شناختن این موضوع می باشد که نور از فوتون ساخته شده است. در فیزیک فوتون همانند یک ذره بنیادی می باشد که به عنوان واحد کوانتومی نور ویا هرنوع تابش الکترومغناطیسی محسوب می شود و نماینده حاملان نیرو برای نیروی الکترو مغناطیسی می باشد. اثر این نیرو به راحتی هم در سطح ماکروسکوپی وهم در سطح میکروسکوپی قابل مشاهده است. فوتون ذره ای بدون بار وبدون جرم وپایدار می باشد. فوتون تقریبا از هر فرآیند طبیعی ساطع می شود، مانند زمانی که باری شتاب می گیرد یا اتمی به ترازی پایین تر سقوط می کند. در فضای خلا فوتون با سرعت c یا همان سرعت نور حرکت می کند.

وسایلی که نیاز دارید به شرح زیر می باشند:

1-  چند عدد LED (دیود های ساطع کننده نور)

2-  منبع تغذیه متغیر

3-  سیم هایی برای ایجاد انشعاب

4-  ولت متر

5-  اتاق تاریک

روش کار:

1-  انتهای مثبت ولت متر را به انتهای مثبت منبع تغذیه و انتهای منفی ولت متر را به انتهای منفی منبع تغذیه وصل کنید.

2-  منبع تغذیه را در حالت ولتاژ صفر تنظیم کنید.

3-  یک LED را انتخاب کنید. از سیم های انشعاب برای اتصال سمت مثبت منبع تغذیه به ترمینال مثبت LED استفاده کنید.( ترمینال مثبت LED از دیگری بلندتر است.)

4-  طرف منفی منبع تغذیه را به طرف منفی LED اتصال دهید.

5-  اتاق را تاریک نمایید.

6-  به ولتاژ را از منبع تغذیه افزایش دهید تا زمانی که LED شروع به ساطع کردن نور نماید. ( برای نور مرئی این ولتاژ بین 2/1 ولت تا 5/2 ولت می باشد.)

7-  ولتاژ را برای نور تولید شده یادداشت نمایید.

8-  این مراحل را برای همه ی LED که دارید تکرار نمایید.

9-  یک نمودار ولتاژ بر حسب فرکانس رسم کنید.

شکل زیر نمایی از این آزمایش را نشان می دهد:

نتایج مورد انتظار:

برای روشن کردن LED، فرکانس های بالا،  ولتاژ بالایی را نیاز دارند. این یک رابطه خطی است. همان گونه که در شکل زیر نشان داده شده است.

از جنبه ی دیگر، مقدار انرژی مورد نیاز برای روشن کردن  LED از رابطه، qv به دست می آید، که در این رابطه q بارالکتریکی یک الکترون و  v ولتاژ اعمال شده می باشد.

از شیب نمودار می توانید ثابت پلانک را محاسبه نمایید(v=(h/q)f)). ثابت پلانک را می توان با تقسیم شیب نمودار بر بار یک الکترون محاسبه نمود. مقدار پذیرفته شده برای ثابت پلانک 6/6×10^-34  است.

یک فوتون چقدر کوچک است؟

اجازه دهید یک نور 60 ولتی را در نظر بگیریم. این بدان معنی است که در حدود 5 درصد بهره وری وجود دارد و حدود 3 ژول انرژی از لامپ در هر ثانیه. این بدان معنی می باشد که در هر ثانیه

فوتون از لامپ نوری به دست می آید. این تعداد فوق العاده زیاد فوتون، این نتیجه را می دهد که اندازه آن بسیار کوچک می باشد.

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان

تهیه و تنظیم: اعظم اژدری

مطالب مرتبط:

انرژی خورشیدی

اصطکاک و ارتعاش

کربن در اتمسفر