الطبيعة المزدوجة للضوء

Dual nature of light

أجرى العالمان ماكس بلانك وألبرت أينشتاين تجارب عديدة لدراسة طبيعة الضوء، وأثبتا أن للضوء طبيعة مزدوجة (موجية-مادية)، كما توصلا إلى نتيجة مفادها أن الضوء ينبعث بترددات محددة تسمى الكم، وتُعرف باسم الفوتونات، وأن كل فوتون يحمل مقداراً محدداً من الطاقة يتناسب طردياً مع تردده، ويعبر عن ذلك بعلاقة بلانك الآتية:

تطبيقات رياضية

مثال (1):

أحسب طاقة الفوتون الذي تردده (3 x 10¹⁵ Hz)، إذا علمت أن ثابت بلانك =  6.63x10^-34 j.s

الحل:

نستخدم علاقة بلانك:

E = h v

E = 6.63 x 10^-34 j.s  x  3 x 10¹⁵ Hz

E = 19.89 x 10^-19J

مثال (2):

أحسب طول موجة ضوء تردده (4 x 10¹⁴ Hz)، وأحدد ما إذا كان هذا الضوء يقع في المنطقة المرئية من الطيف الكهرومغناطيسي أم في المنطقة غير المرئية، إذا علمت أن سرعة الضوء (c = 3 x 10⁸ m/s)، وأن المتر الواحد يعادل (10⁹) نانومتر (1m = 10⁹ nm).

الحل:

نستخدم العلاقة:

c = $\mathit{\lambda }$ v

3 x 10⁸ = $\mathit{\lambda }$ x 4 x 10¹⁴

$\mathit{\lambda }$ = 0.75 x 10^-6 m

وبتحويل الطول الموجي من متر إلى نانومتر:

$\mathit{\lambda }$ = 0.75 x 10^-6 x 10⁹

$\mathit{\lambda }$ = 0.75 x 10³ = 750 nm

وبما أن الطول الموجي المحسوب أكبر من 350 نانومتر، وأقل من 800 نانومتر، فالضوء يقع في المنطقة المرئية.