ما هو الفوتون ؟
هو حزمة دقيقة من الأشعة الكهرومغناطيسية، تتواجد في العديد من أشكال الأشعة، كأشعة غاما مثلًا والأشعة السينية ذات الطاقة العالية، والأشعة تحت الحمراء وفي موجات الراديو ذات الطاقة المنخفضة أيضًا، وحتى من خلال الضوء المرئي، ولا يمكن إدراك الفوتونات وذلك بسبب أنها سريعة جدًا فسرعتها مقاربة لسرعة الضوء.
الفوتون قديماً :
نشأ هذا المصطلح في عام 1905 من خلال تفسير ألبرت آينشتاين للتأثير الكهروضوئي، حيث أنه اقترح آنذاك وجود حزم من الطاقة المنفصلة أثناء نقل الضوء، وذلك بعد أن قام الفيزيائي الألماني ماكس بلانك بالتمهيد لهذا المفهوم في عام 1900 عن طريق توضيح أن الإشعاع الحراري يكون انبعاثه وامتصاصه في وحدات مستقلة أو كمية، كما أنه تم دخول مفهوم ما هي الفوتونات حيز الاستخدام في عام 1923 وذلك بعد قيام الفيزيائي الأمريكي آرثر إتش كومبتون بإظهار الطبيعة الجسمية للأشعة السينية، ولكنه لم يتم استخدام مفهوم الفوتونات بشكل عام حتى عام 1926، ومن الجدير بالذكر أن مصطلح “الفوتونات” مأخوذ من الكلمة اليونانية “phōtos” والتي تعني “الضوء”.
ما هي خصائص الفوتون ؟
تمتلك الفوتونات خصائص الجسيمات والموجة في آنٍ واحد و تحرك بسرعة ثابتة في المساحة الفارغة تساوي:
وهي تعادل سرعة الضوء وايضا باعتبار أن الفوتونات جسيمات عديمة الكتلة فيمكن إنشاؤها وتدميرها عند انبعاث الشعاع أو امتصاصه و يمكن للفوتونات أن يكون لها تفاعلات مع الإلكترونات والجسيمات الأخرى، ومن الأمثلة عليها تأثير كومبتون ,الذي يتم فيه اصطدام جزيئات الضوء مع الذرات مما يسبب إطلاق الإلكترونات.
أين يذهب الظلام حين نشعل المصباح؟
عندما تتم إضاءة مصباح، يقوم هذا الأخير بإصدار الفوتونات التي تنتشر في كل إتجاه داخل الغرفة وتصطدم بكل شيء فيها. تقوم هذه الأشياء داخل الغرفة بإمتصاص معظم الفوتونات التي تصطدم بها، كما أنها تعكس جزءاً صغيراً منها، مما يساعدنا على رؤية الأشياء في الغرفة . أما عندما يتم إطفاء المصباح، تتوقف عملية إنتاج فوتونات جديدة، ويتم عكس وتراشق الموجودة منها داخل الغرفة بين مختلف الأغراض لعدد لامتناهي من المرات إلى أن يتم إمتصاصها كلياً.
ما هو الزخم ؟
هو أحد الكميات الفيزيائية التي عرفت من خلال الفيزياء الكلاسيكية بأنها حاصل ضرب كتلة الجسم في سرعته، ينطبق على كمية الحركة أحد مبادئ الانحفاظ في الفيزياء الكلاسيكية وهو مبدأ حفظ الزخم أو قانون حفظ الزخم الذي ينص على أنه عندما يتصادم جسمان، فإن القوتين المؤثرتين عليهما متساويتان في المقدار ومتعاكستان في الاتجاه.
ما هو زخم الفوتون وطاقته ؟
طاقة الفوتون هي الطاقة التي يحملها فوتون واحد. تتناسب كمية الطاقة بشكل مباشر مع التردد الكهرومغناطيسي للفوتون وتتناسب عكسيا مع طول الموجة. كلما زاد تردد الفوتون ، زادت طاقته. بالتساوي ، كلما كان طول موجة الفوتون أطول ، انخفض طاقته.
طاقة الفوتون هي فقط دالة لطول موجة الفوتون. هناك عوامل أخرى ، مثل شدة الإشعاع ، لا تؤثر على طاقة الفوتون. بمعنى آخر ، سيكون للفوتونين من الضوء بنفس اللون وبالتالي التردد نفسه ، نفس طاقة الفوتون ، حتى لو كان أحدهما ينبعث من شمعة والآخر من الشمس. ممكن تمثيل طاقة الفوتون بأي وحدة طاقة. من بين الوحدات التي يشيع استخدامها للدلالة على طاقة الفوتون (الإلكترون فولت ev).
يوجد الإلكترون فولت نظرًا لأن جول واحد يساوي 6.24 × 1018 فولت، فقد تكون الوحدات الأكبر مفيدة في الإشارة إلى طاقة الفوتونات ذات التردد العالي والطاقة الأعلى ، مثل أشعة جاما ، بدلاً من فوتونات الطاقة المنخفضة، مثل تلك الموجودة في منطقة التردد الراديوي في المجال الكهرومغناطيسي.
على الرغم من أن الفوتون ليس له كتلة لكن له زخم , مثل التأثير الكهروضوئي( photoelectric effect ) حيث تطرد الفوتونات الاكترونات من المادة .
ظاهرة كومبتون :
هو تشتت الفوتون بواسطة جسيم مشحون (إلكترون) . ينتج عنه انخفاض في طاقة الفوتون (زيادة في الطول الموجي) والتي قد تنبعث على شكل أشعة إكس أو أشعة غاما فوتون، ويسمى هذا بتأثير كومبتون حيث يتم نقل جزء من طاقة الفوتون إلى الإلكترون المرتد. استطاع كومبتون اثبات انه للفوتون زخم واخد جائزة نوبل عليها
ما هو قانون زخم الفوتون ؟
P = h / λ
- P: الزخم
- λ: الطول الموجي
- h: ثابت بلانك
وذلك لانه ليس للفوتون كتله يستخدم قانون خاص به
أما بالنسبة لقانون طاقة الفوتون فهو كما يلي:
E=hv
- E: طاقة الفوتون
- h: ثابت بلانك
- v: سرعة الفوتون
