Skip to main content
Global

29.3: Nguvu za Photon na Spectrum ya umeme

  • Page ID
    183527
  • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    Malengo ya kujifunza

    Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

    • Eleza uhusiano kati ya nishati ya photon katika joules au volts elektroni na wavelength yake au mzunguko.
    • Tumia idadi ya photons kwa pili iliyotolewa na chanzo cha monochromatic cha wavelength maalum na nguvu.

    Mionzi ya ionizing

    Photon ni quantum ya mionzi ya EM. Nishati yake hutolewa\(E = hf\) na inahusiana na mzunguko\(f\) na wavelength\(\lambda\) ya mionzi na

    \[\begin{align*} E &= hf \\[4pt] &= \dfrac{hc}{\lambda} \quad \text{(energy of a photon)} \end{align*}\]

    \(E\)wapi nishati ya photon moja na\(c\) ni kasi ya mwanga. Wakati wa kufanya kazi na mifumo ndogo, nishati katika eV mara nyingi ni muhimu. Kumbuka kuwa mara kwa mara Planck katika vitengo hivi ni

    \[h = 4.14 \times 10^{-15} \, eV \cdot s.\]

    Kwa kuwa wavelengths nyingi zinasemwa katika nanometers (nm), ni muhimu pia kujua hilo

    \[hc = 1240 \, eV \cdot nm.\]

    Hizi zitafanya mahesabu mengi iwe rahisi zaidi.

    Mionzi yote ya EM inajumuisha photoni. Kielelezo\(\PageIndex{1}\) kinaonyesha mgawanyiko mbalimbali wa wigo wa EM iliyopangwa dhidi ya wavelength, frequency, na nishati ya photon. Hapo awali katika kitabu hiki, sifa za photon zilielekezwa katika majadiliano ya baadhi ya sifa za UV, x rays, na\(\gamma\) mionzi, ambayo kwanza huanza na masafa tu juu ya violet katika wigo unaoonekana. Ilibainika kuwa aina hizi za mionzi ya EM zina sifa tofauti sana kuliko mwanga unaoonekana. Sasa tunaweza kuona kwamba mali hizo hutokea kwa sababu nishati ya photon ni kubwa katika masafa ya juu.

    Wigo wa umeme huonyeshwa. Aina tofauti za mionzi zinaonyeshwa kwa kutumia mishale ya pande mbili kulingana na safu za wavelength, nishati, na mzunguko; wigo unaoonekana unaonyeshwa, ambayo ni bendi nyembamba sana. Eneo la wimbi la redio limegawanyika zaidi katika redio ya A M, redio F M, na bendi za Microwaves.
    Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Wigo EM, kuonyesha makundi makubwa kama kazi ya nishati photon katika eV, pamoja na wavelength na frequency. Tabia fulani za mionzi ya EM zinatokana moja kwa moja na nishati ya photon pekee.

    Photoni hufanya kama quanta binafsi na kuingiliana na elektroni binafsi, atomi, molekuli, na kadhalika. Nishati ambayo photon hubeba ni, kwa hiyo, muhimu kwa madhara yake. Jedwali\(\PageIndex{1}\) orodha mwakilishi nguvu submicroscopic katika eV. Wakati sisi kulinganisha nguvu photon kutoka EM wigo katika Kielelezo\(\PageIndex{1}\) na nguvu katika meza, tunaweza kuona jinsi madhara kutofautiana na aina ya mionzi EM.

    Jedwali\(\PageIndex{1}\)
    Nguvu za mzunguko wa molekuli \(10^{-5} \, eV\)
    Nguvu za vibrational za molekuli 0.1 eV
    Nishati kati ya makombora ya elektroni ya nje 1 eV
    Nishati ya kumfunga ya molekuli iliyofungwa dhaifu 1 eV
    Nishati ya mwanga nyekundu 2 eV
    Nishati ya kumfunga ya molekuli iliyofungwa imara 10 eV
    Nishati ya ionize atomi au molekuli 10 hadi 1000 eV

    Mionzi ya Gamma, aina ya mionzi ya nyuklia na ya cosmic ya EM, inaweza kuwa na frequency ya juu na, kwa hiyo, nguvu za photon za juu katika wigo wa EM. Kwa mfano, photon\(\gamma\) -ray na\(f = 10^{21} \, Hz\) ina nishati\(E = hf = 6.63 \times 10^{-13} \, J = 4.14 \, MeV\). Hii ni nishati ya kutosha ionize maelfu ya atomi na molekuli, kwani tu 10 hadi 1000 eV inahitajika kwa ionization. Kwa kweli,\(\gamma\) -rays ni aina moja ya mionzi ionizing, kama vile x rays na UV, kwa sababu wao kuzalisha ionization katika vifaa kwamba kunyonya yao. Kwa sababu ionization nyingi zinaweza kuzalishwa, photon moja\(\gamma\) -ray inaweza kusababisha uharibifu mkubwa kwa tishu za kibiolojia, kuua seli au kuharibu uwezo wao wa kuzaliana vizuri. Wakati uzazi wa seli unavunjika, matokeo yanaweza kuwa kansa, mojawapo ya madhara inayojulikana ya yatokanayo na mionzi ya ionizing. Kwa kuwa seli za saratani zinazalisha kwa kasi, ni nyeti sana kwa kuvuruga zinazozalishwa na mionzi ya ionizing. Hii ina maana kwamba mionzi ionizing ina matumizi mazuri katika matibabu ya saratani pamoja na hatari katika kuzalisha kansa.

    Picha ya x-ray ya mkono wa Bertha Röentgen inavyoonyeshwa na doa ya mviringo ya giza iliyowekwa juu ya vidole.
    Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Moja ya picha za kwanza za x-ray, zilizochukuliwa na Röentgen mwenyewe. Mkono ni wa Bertha Röentgen, mkewe. (mikopo: Wilhelm Conrad Röntgen, kupitia Wikimedia Commons)

    Nishati ya juu ya photon pia inawezesha\(\gamma\) mionzi kupenya vifaa, kwani mgongano na atomi moja au molekuli hauwezekani kunyonya nishati zote za\(\gamma\) ray. Hii inaweza kufanya\(\gamma\) rays muhimu kama probe, na wakati mwingine hutumiwa katika imaging ya matibabu. x rays, kama unaweza kuona katika Kielelezo\(\PageIndex{1}\), huingiliana na mwisho wa kiwango cha chini cha mzunguko wa\(\gamma\) ray. Kwa kuwa mionzi ya x ina nguvu za kEV na juu, photons binafsi ya x-ray pia inaweza kuzalisha kiasi kikubwa cha ionization. Kwa nguvu za chini za photon, mionzi ya x haipatikani kama\(\gamma\) mionzi na haina madhara kidogo. Mionzi ya X ni bora kwa upigaji picha za kimatibabu, matumizi yao ya kawaida, na ukweli ambao ulitambuliwa mara moja juu ya ugunduzi wao mwaka 1895 na mwanafizikia wa Ujerumani W. (Angalia Kielelezo\(\PageIndex{2}\).) Ndani ya mwaka mmoja wa ugunduzi wao, mionzi ya x (kwa muda inayoitwa mionzi ya Roentgen) ilitumiwa kwa uchunguzi wa matibabu. Roentgen alipokea Tuzo ya Nobel ya 1901 kwa ugunduzi wa mionzi ya x.

    UHUSIANO: HIFADHI YA NISHATI

    Mara nyingine tena, tunaona kwamba uhifadhi wa nishati inatuwezesha kuzingatia fomu za awali na za mwisho ambazo nishati inachukua, bila ya kufanya mahesabu ya kina ya hatua za kati. Mfano\(\PageIndex{1}\) ni kutatuliwa kwa kuzingatia tu aina ya awali na ya mwisho ya nishati.

    Kitambaa cha cathode ray kilichounganishwa na chanzo cha juu-voltage kinaonyeshwa kwenye takwimu. Picha inaonyesha elektroni zinazotoka kwenye filament yenye joto kwenye mwisho mmoja wa bomba la utupu kama mipira midogo, na kupiga sahani ya chuma kwenye mwisho kinyume cha bomba la utupu. Mionzi ya X huonyeshwa kutoka sahani ya chuma kwa namna ya mawimbi.
    Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Mionzi ya X huzalishwa wakati elektroni za juhudi zinapiga anode ya shaba ya tube hii ya cathode ray (CRT). Electroni (zilizoonyeshwa hapa kama chembe tofauti) huingiliana moja kwa moja na nyenzo ambazo hupiga, wakati mwingine huzalisha photoni za mionzi ya EM.

    Wakati\(\gamma\) rays asili katika kuoza nyuklia, x rays ni zinazozalishwa na mchakato inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{3}\). Electroni zilizoondolewa na uchochezi wa mafuta kutoka kwenye filament ya moto katika tube ya utupu huharakisha kupitia voltage ya juu, kupata nishati ya kinetic kutoka kwa nishati ya uwezo wa umeme. Wakati wanapiga anode, elektroni hubadilisha nishati yao ya kinetic kwa aina mbalimbali, ikiwa ni pamoja na nishati ya joto. Lakini kwa kuwa malipo ya kasi huangaza mawimbi ya EM, na kwa kuwa elektroni hufanya kila mmoja, photoni pia huzalishwa. Baadhi ya photons hizi x-ray hupata nishati ya kinetic ya elektroni. Electroni za kasi zinatoka kwenye cathode, hivyo tube hiyo inaitwa tube ya ray ya cathode (CRT), na matoleo mbalimbali yao hupatikana katika skrini za zamani za TV na kompyuta pamoja na katika mashine za eksirei.

    Mfano\(\PageIndex{1}\): X-ray Photon Energy and X-ray Tube Voltage

    Kupata nishati ya kiwango cha juu katika eV ya photon x-ray zinazozalishwa na elektroni kasi kwa njia ya tofauti uwezo wa 50.0 kV katika CRT kama moja katika Kielelezo\(\PageIndex{3}\).

    Mkakati

    Electroni inaweza kutoa yote ya nishati yao kinetic kwa photon moja wakati wao mgomo anode ya CRT. (Hii ni kitu kama athari photoelectric katika reverse.) Nishati ya kinetic ya elektroni hutoka kwa nishati ya uwezo wa umeme. Hivyo tunaweza tu equate upeo photon nishati kwa umeme uwezo nishati - yaani,\(hf = qV\). (Hatuna mahesabu ya kila hatua tangu mwanzo hadi mwisho ikiwa tunajua kwamba nishati yote ya kuanzia\(qV\) inabadilishwa kuwa fomu ya mwisho\(hf.\))

    Suluhisho

    Nishati ya juu ya photon ni\(hf = qV\), wapi\(q\) malipo ya elektroni na\(V\) ni voltage ya kuharakisha. Hivyo,

    \[hf = (1.60 \times 10^{-19} \, C)(50.0 \times 10^3 \, V). \nonumber\]

    Kutoka kwa ufafanuzi wa volt ya elektroni, tunajua\(1 \, eV = 1.60 \times 10^{-19} \, J\), wapi\(1 \, J = 1 \, C \cdot V\). Kukusanya mambo na kubadilisha nishati kwa mavuno ya eV

    \[hf = (50.0 \times 10^3)(1.60 \times 10^{-19} \, C \cdot V)\left(\dfrac{1 \, eV}{1.60 \times 10^{-19} \, C \cdot V} \right) \nonumber\]

    Majadiliano

    Mfano huu hutoa matokeo ambayo yanaweza kutumika kwa hali nyingi zinazofanana. Ikiwa unaharakisha malipo moja ya msingi, kama ile ya elektroni, kwa njia ya uwezo uliotolewa kwa volts, basi nishati yake katika eV ina thamani sawa ya namba. Hivyo uwezo wa 50.0-kV huzalisha elektroni 50.0 kV, ambayo inaweza kuzalisha photons na nishati ya juu ya 50 kV. Vile vile, uwezo wa 100-kV katika tube ya x-ray unaweza kuzalisha hadi photons 100-kev x-ray. Vipande vingi vya x-ray vina vikwazo vinavyoweza kubadilishwa ili mionzi mbalimbali ya nishati na nguvu tofauti, na hivyo uwezo tofauti wa kupenya, unaweza kuzalishwa.

    Kielelezo\(\PageIndex{4}\) kinaonyesha wigo wa mionzi ya x iliyopatikana kutoka kwenye tube ya x-ray. Kuna sifa mbili tofauti kwa wigo. Kwanza, usambazaji wa laini unatokana na elektroni kuwa decelerated katika nyenzo anode. Curve kama hii inapatikana kwa kuchunguza photons nyingi, na ni dhahiri kwamba nishati ya juu haiwezekani. Mchakato huu wa kupungua hutoa mionzi inayoitwa bremsstrahlung (Kijerumani kwa mionzi ya braking). Kipengele cha pili ni kuwepo kwa kilele mkali katika wigo; hizi huitwa tabia x rays, kwa kuwa ni tabia ya vifaa vya anode. Tabia ya mionzi ya x hutoka kwa msisimko wa atomiki wa kipekee kwa aina fulani ya vifaa vya anode. Wao ni sawa na mistari katika spectra atomia, ikimaanisha viwango vya nishati vya atomi ni quantized. Matukio kama vile spectra ya atomiki ya kipekee na mionzi x ya tabia huchunguzwa zaidi katika Fizikia ya Atomiki

    Grafu ya kiwango cha X-ray dhidi ya mzunguko inavyoonyeshwa. Frequency imepangwa kando ya mhimili x na ukubwa pamoja na mhimili y. Curve ina kupanda laini juu kisha katika hatua ya juu ina peaks mbili na kuishia vizuri katika f ndogo max. q V ni sawa na h f ndogo max imeandikwa katika grafu.
    Kielelezo\(\PageIndex{4}\): X-ray wigo kupatikana wakati elektroni juhudi mgomo nyenzo. Sehemu laini ya wigo ni bremsstrahlung, wakati kilele ni tabia ya vifaa vya anode. Wote ni michakato ya atomia inayozalisha fotoni yenye nguvu inayojulikana kama fotoni za x-ray = 4. 14 × 10 —15 eV - s.

    Mionzi ya ultraviolet (takriban 4 eV hadi 300 eV) inakabiliwa na mwisho wa chini wa nishati ya mionzi ya x, lakini UV ni kawaida chini katika nishati. UV linatokana na de-uchochezi wa atomi ambayo inaweza kuwa sehemu ya moto imara au gesi. Atomi hizi zinaweza kupewa nishati ambazo baadaye zinatolewa kama UV kwa michakato mbalimbali, ikiwa ni pamoja na kutokwa kwa umeme, mlipuko wa nyuklia, fadhaa ya joto, na yatokanayo na mionzi ya x. Photon ya UV ina nishati ya kutosha ili ionize atomi na molekuli, ambayo inafanya athari zake tofauti na zile za mwanga unaoonekana. UV hivyo ina baadhi ya athari sawa kibiolojia kama rays na x rays. Kwa mfano, inaweza kusababisha saratani ya ngozi na hutumiwa kama sterilizer. Tofauti kubwa ni kwamba photons kadhaa za UV zinahitajika kuharibu uzazi wa seli au kuua bakteria, wakati photons moja na\(\gamma\) X-ray zinaweza kufanya uharibifu huo. Lakini kwa kuwa UV ina nishati ya kubadilisha molekuli, inaweza kufanya kile mwanga unaoonekana hauwezi. Moja ya mambo ya manufaa ya UV ni kwamba kuchochea uzalishaji wa vitamini D katika ngozi, ambapo mwanga inayoonekana ina nishati haitoshi kwa photon kubadilisha molekuli zinazosababisha uzalishaji huu. Infantile manjano kutibiwa kwa kuwasababishia mtoto UV (pamoja na ulinzi wa jicho), aitwaye phototherapy, madhara ya manufaa ambayo ni mawazo kuhusiana na uwezo wake wa kusaidia kuzuia buildup ya bilirubin uwezekano sumu katika damu.

    Mfano\(\PageIndex{2}\): Photon Energy and Effects for UV

    Wakati mwingine UV ya muda mfupi huitwa UV ya utupu, kwa sababu inakabiliwa sana na hewa na inapaswa kujifunza katika utupu. Tumia nishati ya photon katika eV kwa UV ya utupu wa 100-nm, na ukadiria idadi ya molekuli ambayo inaweza ionize au kuvunja mbali.

    Mkakati

    Kutumia equation\(E = hf\)

    na constants sahihi, tunaweza kupata nishati photon na kulinganisha na habari nishati katika Jedwali.

    Suluhisho

    Nishati ya photon hutolewa na

    \[E = hf = \dfrac{hc}{\lambda}. \nonumber\]

    Kutumia\(hc = 1240 \, eV \cdot nm\), tunaona kwamba

    \[E = \dfrac{hc}{\lambda} = \dfrac{1240 \, eV \cdot nm}{100 \, nm} = 12.4 \, eV. \nonumber\]

    Majadiliano

    Kwa mujibu wa Jedwali\(\PageIndex{1}\), nishati hii ya photon inaweza kuwa na uwezo wa ionize atomi au molekuli, na ni juu ya kile kinachohitajika kuvunja molekuli iliyofungwa imara, kwani imefungwa na takriban 10 eV. Hii nishati photon inaweza kuharibu kuhusu dazeni dhaifu amefungwa molekuli. Kwa sababu ya nishati yake ya juu ya photon, UV huvunja atomi na molekuli inaingiliana nayo. Moja matokeo mazuri ni kwamba wote lakini muda mrefu wavelength UV ni nguvu kufyonzwa na ni rahisi imefungwa na miwani ya miwani. Kwa kweli, wengi wa UV ya jua huingizwa na safu nyembamba ya ozoni katika anga ya juu, kulinda viumbe nyeti duniani. Uharibifu wa safu yetu ya ozoni kwa kuongeza kemikali kama vile CFC imepunguza ulinzi huu kwetu.

    Mwanga unaoonekana

    Nguvu nyingi za photon kwa mwanga unaoonekana kutoka nyekundu hadi violet ni 1.63 hadi 3.26 eV, kwa mtiririko huo (kushoto kwa Matatizo na Mazoezi ya sura hii kuthibitisha). Nguvu hizi ziko kwenye utaratibu wa zile kati ya maganda ya elektroni ya nje katika atomi na molekuli. Hii ina maana kwamba fotoni hizi zinaweza kufyonzwa na atomi na molekuli. Photon moja inaweza kweli kuchochea retina, kwa mfano, kwa kubadilisha molekuli receptor kwamba kisha kuchochea msukumo wa neva. Photoni inaweza kufyonzwa au lilio tu na atomi na molekuli ambayo just sahihi quantized nishati hatua ya kufanya hivyo. Kwa mfano, ikiwa photon nyekundu ya mzunguko\(f\) hukutana na molekuli ambayo ina hatua ya nishati\(\Delta E\), sawa na\(hf\), basi photon inaweza kufyonzwa. Maua ya Violet hupata nyekundu na kutafakari violet; hii ina maana hakuna hatua ya nishati kati ya viwango katika molekuli ya receptor sawa na nishati ya violet photon, lakini kuna hatua ya nishati kwa nyekundu.

    Kuna baadhi ya tofauti inayoonekana katika sifa za mwanga kati ya ncha mbili za wigo inayoonekana ambayo ni kutokana na nguvu za photon. Nuru nyekundu haina nishati ya kutosha ya photon ili kufungua filamu nyeusi na nyeupe zaidi, na hivyo hutumiwa kuangaza vyumba vya giza ambapo filamu hiyo inaendelezwa. Kwa kuwa mwanga wa violet una nishati ya juu ya photon, rangi ambazo zinachukua violet huwa na kasi zaidi kuliko zile ambazo hazipatikani. (Angalia Kielelezo\(\PageIndex{5}\).) Angalia baadhi ya mabango faded rangi katika duka wakati fulani, na utaona kwamba blues na violets ni ya mwisho kuisha. Hii ni kwa sababu rangi nyingine, kama vile rangi nyekundu na kijani, hupata photoni za bluu na violet, nguvu za juu ambazo zinavunja molekuli zao dhaifu. (Complex molekuli kama vile wale katika dyes na DNA huwa dhaifu amefungwa.) Dyes ya rangi ya bluu na violet huonyesha rangi hizo na, kwa hiyo, usiingie photons hizi za juhudi zaidi, na hivyo husababishwa na uharibifu mdogo wa Masi.

    Picha ya bango la matangazo ya movie lililovaliwa kwenye ukuta.
    Kielelezo\(\PageIndex{5}\): Kwa nini reds, njano, na wiki hupungua kabla ya blues na violets wakati wa jua, kama ilivyo na bango hili? Jibu linahusiana na nishati ya photon. (mikopo: Deb Collins, Flickr)

    Vifaa vya uwazi, kama vile glasi fulani, hazipati mwanga wowote unaoonekana, kwa sababu hakuna hatua ya nishati katika atomi au molekuli ambazo zinaweza kunyonya nuru. Kwa kuwa photoni binafsi huingiliana na atomi za mtu binafsi, ni vigumu kuwa na photoni mbili kufyonzwa wakati huo huo kufikia hatua kubwa ya nishati. Kwa sababu ya nishati yake ya chini ya photon, mwanga unaoonekana unaweza wakati mwingine kupita katika kilomita nyingi za dutu, wakati masafa ya juu kama UV, x ray, na\(\gamma\) rays yanafyonzwa, kwa sababu wana nishati ya kutosha ya photon ili ionize nyenzo.

    Mfano\(\PageIndex{3}\): How Many Photons per Second Does a Typical Light Bulb Produce?

    Kutokana kwamba 10.0% ya pato la nishati ya balbu ya mwanga wa 100-W iko katika aina inayoonekana (kawaida kwa balbu za incandescent) na wavelength ya wastani ya 580 nm, kuhesabu idadi ya photons inayoonekana iliyotolewa kwa pili.

    Mkakati

    Nguvu ni nishati kwa wakati wa kitengo, na hivyo kama tunaweza kupata nishati kwa photon, tunaweza kuamua idadi ya photons kwa pili. Hii itafanyika vizuri katika joules, kwani nguvu hutolewa kwa watts, ambazo ni joules kwa pili.

    Suluhisho

    Nguvu katika uzalishaji wa mwanga unaoonekana ni 10.0% ya 100 W, au 10.0 J/s. nishati ya wastani inayoonekana photon hupatikana kwa kubadilisha wastani wa wavelength katika formula

    \[E = \dfrac{hc}{\lambda}. \nonumber\]

    Hii inazalisha

    \[E = \dfrac{(6.63 \times 10^{-34} \, J \cdot s)(3.00 \times 10^8 \, m/s}{580 \times 10^{-9}} = 3.43 \times 10^{-19} \, J. \nonumber\]

    Idadi ya photons inayoonekana kwa pili ni hivyo

    \[photon/s = \dfrac{10.0 \, J/s}{3.43 \times 10^{-19} \, J/photon} = 2.92 \times 10^{19} \, photon/s \nonumber\]

    Majadiliano

    Idadi hii ya ajabu ya photons kwa pili ni uthibitisho kwamba photoni za mtu binafsi hazina maana katika uzoefu wa kawaida wa binadamu. Pia ni uthibitisho wa kanuni ya mawasiliano-kwa kiwango kikubwa, quantization inakuwa kimsingi kuendelea au classical. Hatimaye, kuna photons nyingi zinazotolewa na lightbulb 100-W kwamba inaweza kuonekana kwa jicho unaided kilomita nyingi mbali.

    Photons ya chini ya Nishati

    Mionzi ya infrared (IR) ina nguvu za chini za fotoni kuliko mwanga unaoonekana na hauwezi kubadilisha kiasi kikubwa atomi na molekuli. IR inaweza kufyonzwa na lilio na atomi na molekuli, hasa kati ya majimbo karibu spaced. IR inaingizwa sana na maji, kwa mfano, kwa sababu molekuli za maji zina majimbo mengi yaliyotengwa na nguvu kwa utaratibu wa\(10^{-5} \, eV\)\(10^{-2} \, eV\) vizuri ndani ya safu za nishati za IR na microwave. Hii ndiyo sababu katika aina ya IR, ngozi ni karibu ndege nyeusi, na emissivity karibu 1—kuna majimbo mengi katika molekuli ya maji katika ngozi ambayo inaweza kunyonya mbalimbali kubwa ya nguvu IR photon. Sio molekuli zote zilizo na mali hii. Air, kwa mfano, ni karibu uwazi kwa frequency nyingi IR.

    Microwaves ni masafa ya juu ambayo yanaweza kuzalishwa na nyaya za elektroniki, ingawa pia huzalishwa kiasili. Hivyo mikrowevu ni sawa na IR lakini haipanuzi hadi kama masafa ya juu. Kuna majimbo katika maji na molekuli nyingine ambazo frequency sawa na nishati kama microwaves, kawaida kuhusu\(10^{-5} \, eV\). Hii ni sababu moja kwa nini chakula kinachukua microwaves kwa nguvu zaidi kuliko vifaa vingine vingi, na kufanya sehemu zote za microwave njia bora ya kuweka nishati moja kwa moja kwenye chakula.

    Nguvu za photon kwa IR na microwaves ni ndogo sana kwamba idadi kubwa ya photons huhusishwa katika uhamisho wowote wa nishati na IR au microwaves (kama vile joto la taa ya joto au kupikia pizza katika microwave). Mwanga unaoonekana, IR, microwaves, na frequency zote za chini haziwezi kuzalisha ionization na photons moja na sio kawaida kuwa na hatari za masafa ya juu. Inapoonekana, IR, au mionzi ya microwave ni hatari, kama vile inducement ya cataracts na microwaves, hatari ni kutokana na idadi kubwa ya photons kutenda pamoja (si kwa mkusanyiko wa photons, kama vile sterilization na UV dhaifu). Madhara mabaya ya mionzi inayoonekana, IR, au microwave inaweza kuwa athari za joto, ambazo zinaweza kuzalishwa na chanzo chochote cha joto. Lakini tofauti moja ni kwamba kwa kiwango cha juu sana, mashamba yenye nguvu ya umeme na magnetic yanaweza kuzalishwa na photons zinazofanya pamoja. Mashamba hayo ya umeme (EMF) yanaweza kweli ionize vifaa.

    TAHADHARI MBAYA: MISTARI YA NGUVU YA VOLTAG

    • Ingawa baadhi ya watu wanafikiri kuwa kuishi karibu na mistari ya nguvu ya juu-voltage ni hatari kwa afya ya mtu, tafiti zinazoendelea za athari za shamba za muda mfupi zinazozalishwa na mistari hii zinaonyesha uwezo wao kuwa haitoshi kusababisha uharibifu. Masomo ya idadi ya watu pia kushindwa kuonyesha uwiano mkubwa wa madhara mabaya na mistari high-voltage nguvu. Shirika la Kimwili la Marekani lilitoa ripoti zaidi ya miaka 10 iliyopita juu ya mashamba ya mstari wa nguvu, ambayo ilihitimisha kuwa maandiko ya kisayansi na mapitio ya paneli yanaonyesha hakuna uhusiano thabiti, muhimu kati ya saratani na mashamba ya mstari wa nguvu. Pia waliona kuwa “kupinduliwa kwa rasilimali ili kuondoa tishio ambalo halina msingi wa kisayansi unavuruga.”

    Haiwezekani kuchunguza photoni za kibinafsi zilizo na frequency chini ya masafa ya microwave, kwa sababu ya nishati yao ya chini ya photon. Lakini photons zipo. Wimbi la EM linaloendelea linaweza kutajwa kama photons. Katika masafa ya chini, mawimbi EM ujumla kutibiwa kama muda- na msimamo tofauti mashamba ya umeme na magnetic na hakuna quantization discernible. Hii ni mfano mwingine wa kanuni ya mawasiliano katika hali zinazohusisha idadi kubwa ya photons.

    PHET EXPLORATIONS: RANGI MAONO

    Fanya upinde wa mvua mzima kwa kuchanganya mwanga nyekundu, kijani, na bluu. Badilisha wavelength ya boriti monochromatic au chujio nyeupe mwanga. Tazama mwanga kama boriti imara, au uone photons ya mtu binafsi.

    PhET_Icon.png
    Kielelezo\(\PageIndex{6}\): Maono ya Rangi

    Muhtasari

    • Nishati ya photon inawajibika kwa sifa nyingi za mionzi ya EM, inayoonekana hasa katika masafa ya juu.
    • Photoni zina sifa zote za wimbi na chembe.

    faharasa

    gamma ray
    pia\(\gamma\) -ray; photon ya juu-nishati katika wigo wa EM
    mionzi ionizing
    mionzi ambayo ionizes vifaa kwamba kunyonya
    x ray
    EM photon kati ya\(\gamma\) -ray na UV katika nishati
    bremsstrahlung
    Kijerumani kwa mionzi ya kuvunja; zinazozalishwa wakati elektroni zinapungua
    tabia x rays
    x rays ambao nishati inategemea nyenzo walikuwa zinazozalishwa katika
    mionzi mionzi
    UV; photons ionizing kidogo juhudi zaidi kuliko mwanga violet
    mwanga unaoonekana
    mbalimbali ya nguvu photon jicho binadamu inaweza kuchunguza
    mionzi ya infr
    photons na nguvu kidogo chini ya mwanga nyekundu
    mikrowevu
    photons na wavelengths kwa utaratibu wa micron\((\mu m)0\))