Bir fotonun enerjisi, ışığın temel özelliklerinden biridir ve belirli bir formülle ifade edilir. Bu formül, fotonun enerjisi ile diğer nicelikler arasındaki ilişkiyi açıkça gösterir.
- Foton Nedir? Foton, ışığın veya genel olarak elektromanyetik radyasyonun temel parçacığıdır. Kütlesizdir ve boşlukta ışık hızıyla hareket eder.
- Foton Enerjisi Formülü: Bir fotonun enerjisi ($E$), ünlü Planck Denklemi ile verilir:
$E = hf$
Burada:
- $E$: Fotonun enerjisi (Joule biriminde)
- $h$: Planck sabiti (yaklaşık $6.626 \times 10^{-34}$ J·s) - Bu, evrensel bir sabittir, yani değeri değişmez.
- $f$: Fotonun frekansı (Hertz biriminde)
- Doğru Orantı İlişkisi: Formülden de görüldüğü gibi, $E = hf$ denkleminde $h$ bir sabit olduğundan, fotonun enerjisi ($E$) doğrudan fotonun frekansıyla ($f$) orantılıdır. Yani, frekans arttıkça fotonun enerjisi de artar ve frekans azaldıkça enerji de azalır.
- Diğer Seçeneklerin İncelenmesi:
- A) Dalga boyu: Işık hızı ($c$), dalga boyu ($\lambda$) ve frekans ($f$) arasında $c = \lambda f$ ilişkisi vardır. Buradan $f = c/\lambda$ yazabiliriz. Bu ifadeyi enerji denklemine koyarsak $E = hc/\lambda$ olur. Bu formül, fotonun enerjisinin dalga boyu ile ters orantılı olduğunu gösterir. Yani dalga boyu arttıkça enerji azalır. Bu nedenle A seçeneği yanlıştır.
- B) Hız: Tüm fotonlar boşlukta ışık hızı ($c$) ile hareket eder. Fotonun enerjisi, hızıyla doğrudan orantılı değildir; çünkü tüm fotonların hızı sabittir (boşlukta). Bu nedenle B seçeneği yanlıştır.
- D) Momentum: Fotonların momentumu ($p$) vardır ve $p = E/c$ veya $p = h/\lambda$ formülleriyle ifade edilir. Enerji ve momentum arasında bir ilişki olsa da, temel doğru orantı ilişkisi frekans iledir. Soru, enerjinin hangi nicelikle doğrudan orantılı olduğunu sormaktadır.
- E) Kütle: Fotonlar kütlesiz parçacıklardır (durgun kütleleri sıfırdır). Bu nedenle E seçeneği yanlıştır.
Yukarıdaki açıklamalara göre, bir fotonun enerjisi frekansıyla doğru orantılıdır.
Cevap C seçeneğidir.
