1Foton
- Światło ma cechy fali (interferencja, dyfrakcja, polaryzacja) i strumienia fotonów – porcji energii. To dualizm korpuskularno-falowy.
- Oznaczenia: E — energia fotonu [J lub eV]; h — stała Plancka, h = 6,63·10−34 J·s; f — częstotliwość [Hz]; c — prędkość światła w próżni, c = 3,00·108 m/s; λ — długość fali [m].
E = h · f = h · c przez λ. 1 eV = 1,60·10−19 J.
- Krótsza fala (większa f) – większa energia fotonu: foton nadfioletu ma większą energię niż foton światła czerwonego.
2Energia fotonu – przykład
- Dane: λ = 500 nm = 5,00·10−7 m.
- Wzór: E = h · c przez λ.
- Obliczenia: E = 6,63·10−34 J·s · 3,00·108 m/s przez 5,00·10−7 m ≈ 3,98·10−19 J; 3,98·10−19 J przez 1,60·10−19 J/eV ≈ 2,49 eV.
- Odpowiedź: E ≈ 4,0·10−19 J ≈ 2,5 eV. Skrót: hc ≈ 1240 eV·nm, więc E ≈ 1240 przez 500 eV ≈ 2,5 eV.
Dualizm korpuskularno-falowy światła oznacza, że
Interferencja świadczy o falowej naturze światła, a zjawisko fotoelektryczne – o fotonowej.
To jedno z 8 pytań quizu. Rozwiąż cały quiz →
3Widma
- Widmo ciągłe (wszystkie barwy bez przerw) wysyła rozżarzone ciało stałe, np. włókno żarówki.
- Widmo emisyjne rozrzedzonego, świecącego gazu (np. w lampie wyładowczej) jest liniowe: jasne linie na ciemnym tle.
- Widmo absorpcyjne to ciemne linie na tle widma ciągłego: zimniejszy gaz pochłania te same długości fal, które sam emituje. Układ linii to „odcisk palca” pierwiastka.
4Poziomy energii atomu
- Atom ma dyskretne poziomy energii: stan podstawowy (najniższy) i stany wzbudzone. Oznaczenia: Ek — energia poziomu wyższego, En — energia poziomu niższego [J lub eV].
Przejście między poziomami: h · f = Ek − En. Przy emisji fotonu atom przechodzi na niższy poziom i jego energia maleje; przy absorpcji foton o dokładnie takiej energii przenosi atom na wyższy poziom.
- Przykład. Wodór: E3 = −1,51 eV, E2 = −3,40 eV. Przejście 3 → 2: E = −1,51 eV − (−3,40 eV) = 1,89 eV; λ ≈ 1240 eV·nm przez 1,89 eV ≈ 656 nm (czerwona linia wodoru). Przejście 2 → 1 (E1 = −13,6 eV): 10,2 eV, λ ≈ 122 nm (nadfiolet).
„atom może mieć dowolną energię”
Ma tylko określone poziomy, dlatego emituje i pochłania światło tylko o określonych długościach fali (linie).
Widmo emisyjne rozrzedzonego, świecącego gazu jest
Gaz emituje tylko fotony o energiach równych różnicom poziomów.
To jedno z 8 pytań quizu. Rozwiąż cały quiz →
✎Ściąga: Foton, widma i poziomy energii atomu
Najważniejsze w pigułce – przeczytaj tuż przed kartkówką lub sprawdzianem.
- E = h · f = h · c przez λ. 1 eV = 1,60·10−19 J.
- Przejście między poziomami: h · f = Ek − En. Przy emisji fotonu atom przechodzi na niższy poziom i jego energia maleje; przy absorpcji foton o dokładnie takiej energii przenosi atom na wyższy poziom.
- Oznaczenia: E — energia fotonu [J lub eV]; h — stała Plancka, h = 6,63·10−34 J·s; f — częstotliwość [Hz]; c — prędkość światła w próżni, c = 3,00·108 m/s; λ — długość fali [m].
- Dane: λ = 500 nm = 5,00·10−7 m.
- Wzór: E = h · c przez λ.
- Obliczenia: E = 6,63·10−34 J·s · 3,00·108 m/s przez 5,00·10−7 m ≈ 3,98·10−19 J; 3,98·10−19 J przez 1,60·10−19 J/eV ≈ 2,49 eV.
- Odpowiedź: E ≈ 4,0·10−19 J ≈ 2,5 eV. Skrót: hc ≈ 1240 eV·nm, więc E ≈ 1240 przez 500 eV ≈ 2,5 eV.
- Widmo ciągłe (wszystkie barwy bez przerw) wysyła rozżarzone ciało stałe, np. włókno żarówki.
?Quiz: powtórz przed kartkówką
8 pytań w stylu kartkówki i sprawdzianu. Odpowiedz w myślach, potem sprawdź odpowiedź. Rozwiąż quiz z wynikiem – każda odpowiedź ma wyjaśnienie.
Energia fotonu o częstotliwości f wynosi
- Ah/f
- Bh·f²
- Ch·f
- Df/h
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź C: h·f – E = hf, gdzie h to stała Plancka.
Foton światła o λ = 500 nm ma energię około
- A1,3·10−48 J
- B4,0·10−28 J
- C6,6·10−34 J
- D4,0·10−19 J
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź D: 4,0·10−19 J – E = hc/λ = 6,63·10−34 · 3,00·108/(5,00·10−7) J ≈ 3,98·10−19 J; 4,0·10−28 J wychodzi, gdy λ wstawi się w nanometrach.
Ile dżuli to 1 eV?
- A1,60·10−19 J
- B1,60·1019 J
- C6,63·10−34 J
- D3,00·108 J
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź A: 1,60·10−19 J – 1 eV to energia, którą zyskuje elektron przyspieszony napięciem 1 V: 1,60·10−19 C · 1 V.
Który foton ma największą energię?
- Anadfioletu
- Bświatła czerwonego
- Cfali radiowej
- Dpodczerwieni
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź A: nadfioletu – E = hc/λ, a z wymienionych najkrótszą falę ma nadfiolet.
Widmo emisyjne rozrzedzonego, świecącego gazu jest
- Aciemnymi liniami na tle widma ciągłego
- Bliniowe – jasne linie na ciemnym tle
- Cjednobarwne bez linii
- Dciągłe
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź B: liniowe – jasne linie na ciemnym tle – Gaz emituje tylko fotony o energiach równych różnicom poziomów.
Widmo absorpcyjne gazu to
- Awidmo ciągłe bez przerw
- Bciemne linie na tle widma ciągłego
- Cjedna jasna linia
- Djasne linie na ciemnym tle
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź B: ciemne linie na tle widma ciągłego – Gaz pochłania fotony o energiach równych różnicom poziomów, więc tych długości fal brakuje.
Atom wodoru przechodzi z poziomu −1,51 eV na poziom −3,40 eV. Emitowany foton ma energię
- A1,89 eV
- B4,91 eV
- C13,6 eV
- D3,40 eV
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź A: 1,89 eV – E = −1,51 − (−3,40) = 1,89 eV; 4,91 eV to błąd dodania wartości bezwzględnych.
Dualizm korpuskularno-falowy światła oznacza, że
- Aświatło jest tylko strumieniem cząstek
- Bświatło ma cechy fali i strumienia fotonów
- Cświatło nie przenosi energii
- Dświatło jest tylko falą
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź B: światło ma cechy fali i strumienia fotonów – Interferencja świadczy o falowej naturze światła, a zjawisko fotoelektryczne – o fotonowej.
Cały dział „Atom i foton”: ściąga i próbny sprawdzian →
Kartkówka albo sprawdzian już blisko?
Rozwiąż quiz z wynikiem i powtórz materiał na fiszkach. Każda odpowiedź ma wyjaśnienie, a postęp zapisuje się bez zakładania konta.