Cosa sono i fotoni?

Secondo Isaac Newton (1643-1727), la luce era composta da particelle corpuscolari, piccole sfere che entravano in collisione con le superfici e subivano riflessione e rifrazione. Anni dopo con gli studi di elettromagnetismo e i contributi di James Maxwell (1831-1879), la luce era definita come a Onda elettromagnetica, cioè una combinazione di campi elettrici e magnetico variabili che si propagano nello spazio.

Quando una grandezza si trova solo in multipli interi di una grandezza elementare (detta quantistica), si dice quantizzato. Nel XX secolo, Albert Einstein (1879-1955) proposero che la radiazione elettromagnetica dovesse essere quantizzata e la grandezza elementare che definiva la luce era il fotone.

Onda o particella?

Ad ogni modo, la luce è un tipo di onda o un groviglio di particelle che si propagano nello spazio? La risposta a questa domanda è intrigante. La luce è sia un'onda che una particella. IL dualità onda-particella della luce ci mostra questo doppio comportamento.

La luce subisce fenomeni come

rifrazione, dispersione e polarizzazione, caratteristica delle onde. Tuttavia, per capire il effetto fotoelettrico, ad esempio, si deve considerare che è composto da particelle chiamate fotoni.

fotoni

voi fotoni sono le particelle che compongono la luce e possono essere definite come piccoli “pacchetti” che trasportano l'energia contenuta nella radiazione elettromagnetica. Secondo Einstein, un fotone deve avere a quantità fissa di energia, definita dalla seguente equazione:

In questa equazione, E è l'energia che appartiene al fotone, f è la frequenza della radiazione elettromagnetica (Hz) e H e il La costante di Planck, che ha un valore di 6,63 x 10 ^{– 34}J.s o 4.14 x 10 ^{– 15} eV.s.

Secondo questa definizione, la quantità minima di energia che deve avere un'onda elettromagnetica corrisponde al prodotto HF, e qualsiasi valore energetico per una radiazione elettromagnetica deve essere un multiplo intero di quel prodotto.

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massa del fotone

Secondo Einstein, l'energia di un oggetto dipende da una relazione tra la sua massa e la sua velocità.

Nell'equazione sopra, E è l'energia accumulata da un corpo, m è la massa dell'elemento e ç è la velocità della luce. Uguagliando questa equazione a quella che definisce l'energia di un fotone, possiamo definirne la massa. Questo elemento non ha massa a riposo, cioè non avrà massa se è a riposo.

I fotoni hanno slancio

Quando un fotone interagisce con la materia avviene un trasferimento di energia, quindi si può definire che questo elemento ha moto lineare (p), detto anche quantità di movimento.

Nell'equazione sopra, P è la quantità di movimento del fotone, H è la costante di Planck (6,63 x 10 ^{– 34}J.s o 4.14 x 10 ^{– 15} eV.s) e è la lunghezza d'onda della radiazione elettromagnetica.

Fotoni nella vita di tutti i giorni

Alcune tecnologie quotidiane funzionano dall'interazione con i fotoni. A lampade che si accendono da sole sono collegati ad un dispositivo chiamato cella fotovoltaica. Questa apparecchiatura rilascia elettroni quando riceve i fotoni che costituiscono la luce solare. Quella corrente elettrica, quando passa attraverso una bobina, genera un campo magnetico che mantiene la circuito Aperto. Durante la notte, con la mancanza di luce solare, il flusso di elettroni viene interrotto, provocando la chiusura del circuito e l'accensione della lampada.

Un'altra applicazione è il dispositivo chiamato fotometro. Ampiamente utilizzata dai fotografi, questa apparecchiatura è un esposimetro che determina l'intensità di una sorgente luminosa attraverso la ricezione dei fotoni.

di Joab Silas
Laureato in Fisica

Vorresti fare riferimento a questo testo in un lavoro scolastico o accademico? Guarda:

JUNIOR, Joab Silas da Silva. "Cosa sono i fotoni?"; Scuola Brasile. Disponibile in: https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-sao-fotons.htm. Consultato il 27 giugno 2021.