Apakah Foton Itu?

Foton adalah partikel dasar (kuantum) cahaya. Foton adalah boson.

Boson merupakan partikel-partikel yang membentuk keadaan kuantum komposit simetrik-total. Sebagai hasilnya, mereka menaati Statistik Bose–Einstein. Teorem spin-statistik menyatakan bahwa boson memiliki spin “integer”. Boson juga satu-satunya partikel yang dapat menempati keadaan yang sama dengan lainnya.

Nama foton berasal dari bahasa Yunani dan berarti “cahaya”. Memang, foton mentransmisikan interaksi elektromagnetik, cahaya menjadi contoh gelombang elektromagnetik.

Kecepatan foton

299 792 458 meter per detik.

Apakah symbonya?

γ (gamma)

Bagaimana cara menghitung foton?

Dari frekuensi v foton.

Jika kita mengetahui nilai frekuensi, kita menghitung nilai energi foton dari hubungan Planck-Einstein. Hitung energi dalam eV sebuah foton dengan frekuensi \nu=1{,}5 \times10^{15} Hz Data: Konstanta Planck h=6{,}63 \times10^{-34} J.s.

Mengapa foton tidak memiliki massa dan hanya energi?

Mengatakan bahwa foton tidak memiliki massa tetapi memiliki energi, ketika teori relativitas menunjukkan kesetaraan antara dua besaran (E=mc²), itu mungkin tampak tidak logis.

Namun, tidak ada yang menghalangi untuk mengatribusikan “massa” ke foton dari persamaan Einstein: ini hanya akan sama dengan energinya dibagi dengan c kuadrat… Tapi apa yang tepat berkaitan dengan matematika kehilangan maknanya dalam fisika.

Kesulitannya terletak pada definisi massa. Dalam pengertian klasik, Newton, itu adalah kualitas intrinsik suatu objek, mengukur kuantitas materinya dan tidak berubah apa pun gerakannya. Newton menunjukkan bahwa massalah yang mempercepat suatu benda ketika ditempatkan dalam medan gravitasi; yang membuatnya “berat” ketika tidak bisa bergerak atau yang membutuhkan penggunaan kekuatan untuk menggerakkannya. Sebuah kekuatan yang lebih kuat seperti massa tersebut adalah penting.

Foton tidak pernah berhenti

Teori relativitas telah memasukkan konsep Newton ke dalam istilah “massa diam”. Namun, sebuah foton tidak memiliki massa dalam keadaan diam karena ia tidak pernah diam: kecepatannya, yaitu 299.792.458 meter per detik (c), adalah konstan terlepas dari energinya (warna). Itu tidak akan dipercepat atau diperlambat oleh medan gravitasi; yang ini akan mengubah energinya tetapi tidak kecepatannya. Akhirnya, ketika kita berbicara tentang sebuah foton yang “jatuh” ke dalam lubang hitam, ini disebabkan oleh kelengkungan ruang-waktu di sekitar lubang itu dan bukan karena pengaruh gaya tarik gravitasi dalam pengertian klasik.

Singkatnya, foton lolos dari semua fenomena yang membuktikan keberadaan massa dalam pengertian klasik, terlepas dari upaya eksperimental yang dilakukan untuk mendeteksinya. Jadi, sampai dibuktikan sebaliknya, foton tidak memiliki massa, tanpa bertentangan dengan sifat energiknya.

Rumus energi foton

Ada 2 model berbeda untuk menggambarkan cahaya.

Model gelombang: kita katakan bahwa cahaya adalah gelombang.
Model sel: kita mengatakan bahwa cahaya adalah berkas partikel.
Faktanya, cahaya adalah gelombang dan berkas partikel.

Dalam model sel, partikel cahaya disebut foton.

Rumus

Ekspresi energi foton
pada. Energi foton dari frekuensi
Pertimbangkan radiasi cahaya frekuensi (nu) terdiri dari foton.

Setiap foton memiliki energi yang diberikan oleh hubungan Planck, yang diberikan di bawah ini.

E = h ×

dengan :
E energi foton, dalam Joule (J)
h konstanta Planck, dengan h 6,626 × 10−34 J s
frekuensi radiasi yang dipertimbangkan (frekuensi foton), dalam Hertz (Hz atau s−1)

Komentar
Ada satuan energi lain, yaitu elektron-volt (eV) yang merupakan satuan yang lebih cocok daripada Joule pada skala atom.
Transisi dari satu unit ke unit lain diperoleh dengan relasi 1 eV = 1,601 × 10−19 J.

Contoh
Kami menganggap radiasi cahaya dengan frekuensi sama dengan 3,5 × 1014 Hz.

Energi foton yang membentuk radiasi ini sama dengan:
E = t × = 6,626 × 10−34 × 3,5 × 1014 = 2,3 × 10−19 J.

Jika kita ingin menyatakannya dalam eV, maka:
.
B. Energi foton dari panjang gelombang
Setiap foton bergerak dengan kecepatan cahaya c 3,00 × 108 m s−1.

Jika kita mengetahui panjang gelombang radiasi yang menyusun foton, kita dapat menyatakan energinya sebagai fungsi dari besaran ini.

Kita tahu bahwa E = h × , atau , sehingga kita mendapatkan hubungan berikut.

dengan :
E energi foton, dalam Joule (J)
h konstanta Planck, dengan h 6,626 × 10−34 J s
panjang gelombang radiasi yang dipertimbangkan, dalam meter (m)
c kecepatan cahaya dalam ruang hampa, dengan c 3,00 × 108 m s−1
Contoh
Radiasi cahaya dengan panjang gelombang 450 nm dianggap.

Pertama-tama kita ubah panjang gelombang menjadi m:
= 450 nm = 450 × 10−9 m = 4,50 × 10−7 m.

Oleh karena itu, energi foton adalah:
J.

Untuk apa foton digunakan?

Foton memiliki banyak aplikasi teknologi. Misalnya:

Laser

Laser adalah aplikasi yang sangat penting.

Foton individu dapat dideteksi dengan metode yang berbeda. Tabung photomultiplier klasik memanfaatkan efek fotolistrik: foton dengan energi yang cukup menabrak pelat logam dan melepaskan elektron, memicu aliran elektron yang terus meningkat.

Micro-chip

Chip perangkat charge-coupled semikonduktor menggunakan efek yang sama: foton insiden menghasilkan muatan dalam kapasitor mikroskopis yang dapat dideteksi. Detektor lain, seperti penghitung Geiger, menggunakan kemampuan foton untuk mengionisasi molekul gas di dalam perangkat, menyebabkan perubahan yang dapat dideteksi dalam konduktivitas gas.

Teknik dan kimia

Insinyur dan ahli kimia sering menggunakannya dalam desain. Mereka digunakan baik untuk menghitung perubahan energi yang dihasilkan dari penyerapan foton dan untuk menentukan frekuensi cahaya yang dipancarkan oleh emisi foton yang diberikan.

Misalnya, spektrum emisi lampu pelepasan dapat diubah dengan mengisinya dengan (campuran) gas dengan pengaturan tingkat energi elektronik yang berbeda.

Dalam kondisi tertentu, “transisi energi” dapat dirangsang oleh “dua” foton yang secara individual tidak akan cukup. Hal ini memungkinkan mikroskop resolusi lebih tinggi, karena sampel hanya menyerap energi dalam spektrum di mana dua berkas warna berbeda tumpang tindih secara signifikan, yang dapat dibuat jauh lebih kecil daripada volume eksitasi berkas tunggal (lihat dua mikroskop eksitasi foton).

Selain itu, foton ini menyebabkan lebih sedikit kerusakan pada sampel, karena energinya lebih rendah.

Biologi molekuler

Dalam beberapa kasus, dua transisi energi dapat digabungkan sehingga ketika satu sistem menyerap foton, sistem lain di dekatnya “mencuri” energinya dan memancarkan kembali foton dengan frekuensi yang berbeda.

Ini adalah dasar dari transfer energi resonansi fluoresensi, teknik yang digunakan dalam biologi molekuler untuk mempelajari interaksi protein yang relevan.

Pembuatan angka acak

Beberapa jenis generator nomor acak perangkat keras melibatkan deteksi foton individu.

Dalam satu contoh, untuk setiap bit dari urutan acak yang akan dihasilkan, sebuah foton dikirim ke beam splitter. Dalam situasi seperti itu, ada dua kemungkinan hasil dengan probabilitas yang sama.

Hasil aktual digunakan untuk menentukan apakah bit berikutnya dalam urutan adalah “0” atau “1”.

Partikel Materi (Atom, Ion, Molekul) – Penjelasan, Contoh Soal dan Jawaban

Bacaan Lainnya

Unduh / Download Aplikasi HP Pinter Pandai

Respons “Ooo begitu ya…” akan lebih sering terdengar jika Anda mengunduh aplikasi kita!

Siapa bilang mau pintar harus bayar? Aplikasi Ilmu pengetahuan dan informasi yang membuat Anda menjadi lebih smart!

Sumber bacaan: CleverlySmart, ThoughtCo, Symmetry Magazine, ZME Science

Sumber foto: Jan Pavelka / Wikimedia Commons (CC BY-SA 4.0)

Penjelasan foto: fluoresensi dan birefringence laser 445 nm dalam kristal kalsit (mineral karbonat dan polimorf kalsium karbonat (CaCO₃).

Foton Adalah Boson Dengan Simbol γ (gamma) dalam Fisika