foton

[always]

Wat is een foton en de frequentie en energie ervan?
 
Hoeveel energie heeft één foton van licht met een golflengte van 480 nm?
 
E_foton=h·c/λ. Invullen, h=6,62607·10^-34, c=2,9979·10⁸ en λ=480·10-9 = 4,138·10^-19 J.
 
 
Hoeveel fotonen worden er per seconde uitgestraald als een lamp met een vermogen van 1,0 W monochromatisch licht van 480 nm uitstraalt?
 
1,0 W betekent 1,0 Joule per seconde. Het aantal fotonen dat nodig is om voor 1 Joule aan energie is
1,0/E_foton = 1/4,138·10^-19 = 2,42·10¹⁸ fotonen.
 
Hoeveel bedraagt de frequentie bij 480nm? E=hv of v=E/h.  E=4,138·10^-19 J gedeeld door h=6,62607·10^-34.= 6.27 x 10¹⁴ f (v) frequentie = 627 Thz en dat komt inderdaad overeen met 480nm (blauw licht)
 
De vraag is nu wat houdt deze frequentie in? Kun je nu zeggen dat 1 foton een golflengte heeft van 480nm? Of zou je kunnen bepalen hoeveel golven van 480nm er in bij die 1 W aanwezig zijn?

[always]

Er worden dus 2,42·10¹⁸ fotonen geproduceerd bij 1W a 480nm. 
Het aantal golftoppen (f) is daarbij  6.27 x 10¹⁴
 
Kan ik dan zeggen dat 1 foton bestaat uit 2,42·10¹⁸  / 6.27 x 10¹⁴ = 3.860 golftoppen?

[always]

Ik denk dat ik het al zie. Ik weet niet of het plaatje juist is maar ik stel me dan als volgt voor. Als een electron in zijn orbitaal een level zakt zendt hij een foton uit. Maar bij het uitgaan en verspreiden in de ruimte, als het dat dus doet wat ik dus even aanneem, ontstaan er een soort rippelingen in die eens zo 'starre' en kleine foton. Die rimpelingen ontstaan dan door de energie in dat foton, zoals een veer helemaal ingedrukt één geheel lijkt te vormen maar bij het loslaten uit elkaar springt en een aantal golven laat zien (een beetje net als bij chromatiden en chromosomen zeg maar). Die golven zijn dan bij een golflengte van 480nm ongeveer  6.27 x 10¹⁴  per seconde. Maar uiteindelijk kan zo'n foton na bijvoorbeeld een uur wel   6.27 x 10³⁰ golven tellen (ik noem maar even een willekeurig groot getal).
 
Klopt deze uitleg een beetje ondanks zijn misschien beetje grote figuurlijke analogie?

[jkien]

'Wat is een foton' is een verwarrende vraag vanwege de golf-deeltje dualiteit. Gemakshalve stel ik me een foton (quantum) tijdens zijn reis voor als een onzichtbare passagier van een waarneembaar golfpakket, dat zijn voertuig is. Het golfpakketje heeft tijdens de reis een meetbare golflengte λ, frequentie f, lengte (coherentielengte), breedte, en amplitude. Het foton is een puntdeeltje met als enige eigenschap E_foton. Het golfpakket heeft dus meer eigenschappen dan het foton, en er is alleen een relatie tussen E_foton en λ en f.

 

De lichtbron bepaalt de lengte van het golfpakket, die wordt niet bepaald door het foton. Een gepulste laser kan korte golfpakketjes uitzenden; een continu-laser lange. Golfpakketjes van een gloeilamp zitten tussen kort en lang in.

Een laserpuls met een vaste pulslengte kan afhankelijk van de amplitude veel of weinig fotonen bevatten. Het aantal golflengtes in het golfpakket hangt niet af van de amplitude.

[always]

Moet je die amplitude dan opvatten als een opstapeling van fotonen? En hangt het aantal golflengtes niet af van de amplitude omdat de golflengtes één golf vormen? Maw het aantal golven wordt niet groter omdat ze als het ware in elkaar opgaan?

[jkien]

Ja, dat is het duidelijkste bij het afgebakende golfpakket van een laserpuls. Als die door een halfdoorlatende spiegel gaat verliest hij de helft van zijn fotonen, terwijl de lengte van het golfpakket gelijk blijft, en het aantal golflengtes dat daarin past ook.

[always]

Als zo'n puls een foton uitzend kan dan het aantal golven waaruit dat foton bestaat ook toenemen?

[jkien]

Ik beperk me tot bericht #6.

[always]

Wat bedoel je daar precies mee?

[jkien]

​Gewoon, dat ik niet meer te melden had.

[Marko]

Je kunt licht op 2 manieren beschrijven, als deeltjes (fotonen) en als golven. 
 
Als je licht beschrijft als golven, dan horen daarbij ook alle dingen die bij golven horen: golflengte en frequentie. En feller licht, betekent dat de golven een grotere amplitude hebben.
 
Als je het over deeltjes hebt, moet je ook alleen daar naar kijken: dan is licht een verzameling deeltjes, waarbij elk van de deeltjes een bepaalde hoeveelheid energie met zich meedraagt. Feller licht betekent dat er per seconde meer deeltjes worden verzonden. De deeltjes zelf hebben geen golflengte of frequentie.
 
Het verband tussen de beschrijving als deeltjes en de beschrijving als golven wordt gegeven door de formules die je al gaf. De constante van Planck speelt daarin een rol. Maar wat die formule eigenlijk zegt is hoe groot de energie van de fotonen in het deeltjesmodel is, als je de golflengte of de frequentie in het golfmodel kent.

[always]

Stel in het dubbel split experiment wordt er één foton afgeschoten. Is het dan zo dat het foton (of in middels golfdeeltje) direct (binnen zeg 1^-20 sec) na het verlaten van het electron dan al gelijk een frequentie heeft van bijvoorbeeld 6.27 x 10¹⁴ of is het ook mogelijk dat zich die golven langzaam uitbreiden, zodat bij aankomst (na zeg 1^-10 sec)  bij de split het een frequentie heeft gekregen van  6.27 x 10¹⁶ of met minder nl  6.27 x 10¹⁰? Met een zelfde golflengte natuurlijk.

[Marko]

Zoals ik al schreef: Fotonen horen bij de deeltjesbeschrijving. Een foton heeft geen frequentie.

[always]

Maar voor de berekening van de energie van een foton moet je h wel vermenigvuldigen met f. Dus kan je dan niet zeggen dat ook al heeft een foton zelf geen frequentie wel een freqentie aan kan worden toegeschreven?