Qu'est-ce qu'un photon? - Définition, énergie et longueur d'onde

 Définition d'un photon

Un photon est le quantum du rayonnement électromagnétique. Le terme quantum est la plus petite unité élémentaire d'une quantité, ou la plus petite quantité discrète de quelque chose. Ainsi, un quantum d'énergie électromagnétique est appelé un photon. Le pluriel de quantum est quanta.

Le concept de photons et de quanta provient de la mécanique quantique et de la théorie quantique. La mécanique quantique est un modèle mathématique qui décrit le comportement des particules à l'échelle atomique et subatomique. Cela démontre que la matière et l'énergie sont quantifiées, ou se présentent en petits faisceaux discrets, aux plus petites échelles imaginables. Un photon se propage à la vitesse de la lumière.

Illustration de la dualité onde-particule

Un photon décrit les propriétés des particules d'une onde électromagnétique au lieu de l'onde globale elle-même. En d'autres termes, nous pouvons imaginer une onde électromagnétique comme étant constituée de particules individuelles appelées photons. Les deux représentations sont des vues correctes et réciproques des ondes électromagnétiques. Par exemple, la lumière présente des propriétés d'onde dans des conditions de réfraction ou d'interférence. Les propriétés des particules sont présentées dans des conditions d'émission ou d'absorption de lumière.

Énergie

L'idée de la mécanique quantique et des photons est née des observations des scientifiques sur l'effet photoélectrique. L'effet photoélectrique est l'endroit où la lumière frappant une surface métallique provoque l'éjection d'électrons du métal. Les scientifiques ont été incapables d'expliquer ce phénomène, mais l'explication est finalement venue de la théorie quantique.

Ce qu'ils ont découvert, c'est que l'énergie dans chaque quantum de lumière dépend de la fréquence de la lumière. En particulier, l'énergie d'un photon est égale à la constante de Planck multipliée par la fréquence du rayonnement. Mathématiquement, cela est donné par l'équation E = hf. La constante de Planck est la constante fondamentale de la théorie quantique qui détermine l'échelle du monde à petite échelle. Constante de Planck = 6,63 * 10-34 joule-seconde (J-s). L'énergie totale d'une onde électromagnétique est la somme des énergies de chaque photon de l'onde.

L'énergie d'un photon est si petite que nous la mesurons généralement en électronvolts (eV). Un eV est l'énergie potentielle de chaque électron dans une batterie de 1 volt. Un eV est égal à 1,6 * 10-19 joules (J). Par conséquent, nous devons convertir la constante de Planck en unités appropriées, qui sont des électronvolts / hertz (eV / Hz). En eV / Hz, la constante de Planck est de 4,136 * 10-15 eV / Hz.

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