子供のための物理学: 光子と光

子供のための物理学: 光子と光
Fred Hall

子供のための物理学

光子と光

光のページでは、光には波と粒子の両方の性質があることを学びました。 そして、光が波のように振る舞う方法をいくつか学びました。 今度は、光が粒子のように振る舞う方法を探ります。 科学者は、光を構成する粒子を光子と名付けました。

フォトンとは?

物理学において、光子は電磁エネルギーの束であり、すべての光を構成する基本単位である。 光子は、電磁エネルギーの「量子」と呼ばれることもある。

フォトンは小さな粒子が集まってできたものとは考えられておらず、素粒子と呼ばれる自然界の基本単位である。

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フォトンの性質

光子は、その性質や振る舞いを規定するいくつかの基本的な性質を持っています。

  • 質量はゼロです。
  • 電気を帯びていない。
  • 安定しているのです。
  • これらは、周波数に依存したエネルギーと運動量を運びます。
  • 電子など他の粒子と相互作用することができる。
  • 多くの自然のプロセスによって破壊されたり、作られたりします。
  • 何もない空間では、光速で移動する。
光子は物質と相互作用する

光子は粒子と同じように物質と相互作用します。 光子のエネルギーが物質に吸収される場合もあります。 この場合、余分なエネルギーは熱として放出されます。 例えば、道路の黒板が太陽に照らされて熱くなることがその例として挙げられます。

私たちの目も光子と相互作用しており、光子が目に当たると電気エネルギーに変換され、それが脳に伝達されて画像が形成されます。

光子のエネルギーが物質に吸収されると、物質から電子が放出されることがあり、これを光電効果という。 光電効果は、光が波であるという理論では説明できない性質であり、科学者が光を波と粒子の流れの両方で扱うことにした大きな理由の一つである。

プランク定数

光子のエネルギーと周波数の関係は、次の式で表すことができる。

E = hv

ここで、Eはエネルギー、vは周波数、hはプランク定数です。 プランク定数は常に同じ(つまり「定数」)で、6.62606957 * 10-34 m2 kg / sに等しいです。

フォトンの楽しい事実

  • 光だけでなく、マイクロ波、電波、X線など、すべての電磁波エネルギーは光子からできている。
  • 光子の概念はアインシュタインが提唱したものだが、「光子」という言葉を最初に使ったのは科学者のギルバート・N・ルイスである。
  • 光は波のようにも粒子のようにも振る舞うとする理論を「波動粒子二元論」という。
  • 光子は常に電気的に中性であり、電荷を持ちません。
  • 光子は自ら崩壊することはない。
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Fred Hall は、歴史、伝記、地理、科学、ゲームなど、さまざまなテーマに強い興味を持っている情熱的なブロガーです。彼は数年前からこれらのトピックについて執筆しており、彼のブログは多くの人に読まれ、高く評価されています。フレッドは、自分が扱うテーマについての知識が豊富で、幅広い読者にアピールできる有益で魅力的なコンテンツを提供するよう努めています。新しいものについて学ぶことへの愛情が、新しい興味分野を探求し、その洞察を読者と共有する原動力となっています。フレッド・ホールは、その専門知識と魅力的な文体により、ブログの読者にとって信頼できる名前です。