ماهي الفوتونات

لقد ساهم العلم الفيزيائي في اكتشاف وتحليل العديد من العلوم الأخرى الفرعية الهامة، مثل علم الضوء وتحليل مكوناته بشكل جيد؛ حيث أثبت العلماء أن الشعاع الضوئي يتكون من وحدات صغيرة تعرف باسم الفوتونات وتوجد في جميع الأشعة الضوئية .

تعريف الفوتونات

الفوتون، المعروف باللغة الإنجليزية باسم `Photon`، هو الوحدة الأساسية والأولية للضوء. يعرف الفوتون على أنه أصغر كمية من الإشعاع الكهرومغناطيسي أو أصغر حزمة طاقة دقيقة للضوء. اكتشف الفوتون لأول مرة من قبل العالم أينشتاين في عام 1905، حيث أوضح وجود حزم منفصلة من الطاقة عند إرسال الضوء من مصدره في أي مكان آخر .

مكتشف الفوتونات

ساعد ما وصل إليه العالم ألبرت أينشتاين في فهم الإشعاع الحراري الذي ينبعث على هيئة حزم، ومن ثم ساهم في استخدام مفهوم الفوتون عندما قام العالم آرثر إتش بفهم ووصف طبيعة ومكونات أشعة إكس .

الفوتون في الفيزياء

هناك خصائص فيزيائية للفوتونات، وتتضمن تلك الخصائص ما يلي:

تتألف الفوتونات من جزئيات متحركة، وعلى الرغم من ذلك فإنها لا تمتلك كتلة .

يتمتع الفوتون بالاستقرار الكهربائي ولا يحمل أي شحنة كهربائية .

يحمل كل فوتون كمية محددة من الطاقة، وتختلف هذه الكمية حسب التردد والمدار .

من الممكن أن تتفاعل الفوتونات مع بعض الجسيمات الأخرى مثل الإلكترونات ذات الشحنة السالبة .

يسهل التعامل مع الفوتونات والتأثير عليها من خلال مجموعة من العمليات الفيزيائية الطبيعية التي تمكنك من تدميرها أو صنعها .

تنتقل الفوتونات بسرعة ثابتة تعرف بسرعة الضوء، ولا يحدث أي تغيير في هذه السرعة إلا إذا عبرت إلى وسط آخر مثل الانتقال إلى الزجاج .

الفوتون في الكيمياء

يجب التمييز بين الفوتون والفونون. الفوتون هو جسيم صغير جدا يختلف عن الجسيمات الأولية الأخرى مثل الإلكترون وغيرها، حيث لا يمتلك الفوتون كتلة ثابتة وشحنة. أما الفونون، فهو حالة اهتزازية كمومية تحدث في الشبكات البلورية للمواد الصلبة، ولذا تلعب الفونونات دورا كبيرا في تحديد خصائص الأجسام الصلبة، بما في ذلك الطاقة الحركية والكهربائية وغيرها .

أهمية الفوتونات

الفوتونات متواجدة في كل مكان، وليس فقط في أشعة الشمس، وإنما أيضًا في الأشعة السينية والأشعة الراديوية والأشعة فوق البنفسجية وغيرها، وتؤدي الفوتونات العديد من الوظائف المهمة

تستخدم ظاهرة الفوتونات بشكل واسع في جميع أجهزة التحكم عن بعد .

تُعتبر ذات أهمية كبيرة في موجات بث الإذاعة والقنوات التلفزيونية .

تستخدم أيضًا في الأجهزة المستخدمة لفحص الأمتعة والحقائب في المطارات وفي مختلف أجهزة الأمن للتدقيق الأمان .

مسائل على طاقة الفوتون

مثال 1 : يعد مركب كلوريد النحاس الثنائي من المواد المستخدمة في صناعة بعض الألعاب النارية، وعند تسخينه إلى 1500 درجة كلفن، ينتج لونًا أزرقًا يبلغ طول موجته 4.5 × 100 نانومتر. فما ما هي طاقة فوتون واحد في هذا الضوء؟

الإجابة : يتم حل المسألة السابقة من خلال الخطوات التالية:

-أولًا : يمكن تحويل الطول الموجي من وحدة النانومتر إلى وحدة المتر

-ثانيًا : يتم حساب قيمة طاقة الفوتون عن طريق تعويض القيم في العلاقة التالية، حيث يُمثِّل h ثابت بلانك و c سرعة الضوء:

-وبالتالي ؛ فإن طاقة الفوتون هنا تساوي :

تُقدر قيمة طاقة الفوتون بوحدة الجول J