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Elektromagnetische Strahlung

Das Photon und die Energie von elektromagnetischer Strahlung

Der Thermodynamiker Max Planck stellte die heute allgemein akzeptierte Hypothese auf, dass man sich elektromagnetische Strahlung einer bestimmten Frequenz ν als einen Strom von Teilchen - den Photonen - vorstellen kann, die alle die gleiche Energie E tragen:

E = h ν

Die Energie wird in der Einheit Joule (J) angegeben. h ist das Planck'sche Wirkungsquantum, das zur Gruppe der Fundamentalkonstanten zählt.

Die Energie der elektromagnetischen Strahlung (gegebener Frequenz) darf also nur bestimmte diskrete (abgegrenzte, getrennte) Werte annehmen. Ein Puls von elektromagnetischer Strahlung mit gegebener Frequenz kann nicht jede beliebige Menge an Energie beinhalten, sondern nur ein ganzzahliges Vielfaches von hν, also E = 0 h ν 2 h ν , ...

Abb.1
Auch Sonnenstrahlung kann man sich aus Photonen zusammengesetzt vorstellen. Diese besitzen allerdings unterschiedliche Wellenzahlen.

Die Abhängigkeit der Energie von der Wellenlänge, Wellenzahl und Frequenz

Aus Gleichung folgt, dass elektromagnetische Strahlung direkt proportional zu ihrer Frequenz ist: Je höher die Frequenz der Strahlung ist, desto größer ist ihre Energie.

Entsprechend der Gleichung:

ν ˜ = 1 λ = ν c0

und Gleichung ist die Energie auch direkt proportional zur Wellenzahl:

E ν ˜

und umgekehrt proportional zur Wellenlänge:

E 1 λ

So folgt außerdem: Je größer die Wellenzahl der Strahlung ist, desto größer ist ihre Energie und je größer die Wellenlänge der Strahlung, desto geringer ist ihre Energie.

Die Masse eines Photons

Laut Albert Einsteins spezieller Relativitätstheorie hat jedes Photon auch eine Masse. Diese ergibt sich nach seiner Masse-Energie-Gleichung zu:

m = E c0 2

Im Gegensatz zu Elektronen, die alle die gleiche Masse besitzen, variiert die Masse von Photonen mit ihrer Energie.

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