Foton
Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Fotonen (φοτος, photos=licht) ("lichtdeeltjes") zijn een verschijningsvorm van elektromagnetische straling. Afhankelijk van de gebruikte meetopstelling zal straling (een vorm van energie) zich voordoen als golven of als een stroom van massaloze deeltjes, de fotonen. Ze worden soms aangeduid met het symbool γ (de derde Griekse letter, gamma).
Inhoud |
[bewerken] Licht
Licht is niets anders dan elektromagnetische straling in een frequentiebereik dat door bepaalde cellen in onze ogen waargenomen kan worden. Licht bestaat uit fotonen.
[bewerken] Ontstaan
Fotonen kunnen binnen een atoom ontstaan als een elektron naar een lagere energietoestand terugvalt en de vrijkomende energie uitzendt in de vorm van een foton. Fotonen kunnen ook opgewekt worden bij processen in de atoomkern, zoals het terugvallen van een kern uit een aangeslagen toestand naar een lagere energietoestand, kernsplijting en kernfusie. Ook bij de wisselwerking tussen elementaire deeltjes of het spontane verval van één elementair deeltje naar een ander kunnen fotonen vrijkomen. Wanneer een elementair deeltje en zijn antideeltje botsen, kan alle massa worden omgezet in een energierijk foton. Elk elektromagnetisch veld dat in sterkte varieert, produceert ook elektromagnetische straling (en dus fotonen).
[bewerken] Snelheid
Fotonen bewegen zich met de lichtsnelheid (c), die in het vacuüm 2,99792458 × 108 meter per seconde bedraagt. Uit de speciale relativiteitstheorie volgt dat een deeltje met een eindige rustmassa nooit de lichtsnelheid kan bereiken. Een foton heeft dan ook geen rustmassa.
Een foton vervalt niet en is dus volkomen stabiel. Volgens de speciale relativiteitstheorie staat de lokale tijd van een foton stil, dus een foton krijgt niet de tijd om uiteen te vallen, zelfs als het een eindige levensduur had.
[bewerken] Formule van Planck
Licht met frequentie ν (de Griekse letter nu, in middelbareschoolboeken soms ook f) bestaat uit fotonen met energie E:
Met het begrip van de materiegolf van De Broglie kent men aan een foton een impuls toe:
die ook geschreven kan worden als
met h de constante van Planck (zie de dualiteit van golven en deeltjes).
[bewerken] Breking
Als fotonen zich door transparante media voortplanten, gaan ze langzamer dan in vacuüm, afhankelijk van de brekingsindex van het medium. Deze brekingsindex hangt ook af van de frequentie ν van de straling. Op een grensvlak tussen twee media vindt refractie (breking) van het licht plaats, als de brekingsindices van die media verschillen. (Wit licht is samengesteld uit verschillende frequenties (kleuren): een spectrum. Dit spectrum kan zichtbaar gemaakt worden door middel van de dispersie (kleurschifting) die optreedt als de verhouding tussen de brekingsindices van die media van de frequentie afhangt.)
[bewerken] Algemene relativiteit
Einsteins algemene relativiteitstheorie voorspelde dat de baan van fotonen door zwaartekracht wordt beïnvloed. Dit was destijds (1915) volstrekt in tegenspraak met de heersende opvattingen, maar werd later bevestigd door waarnemingen. De aanname dat fotonen steeds langs een rechte lijn bewegen moest worden aangepast naar de aanname dat fotonen langs geodeten (zie differentiaalmeetkunde) bewegen, en dat zijn in een massaloze ruimte rechte lijnen.
[bewerken] Verder lezen
- Born, M. & Wolf, E.: Principles of optics, Pergamon Press, Oxford, 1987
- Hecht, E. & Zajac, A.: Optics, Addison-Wesley, Reading, 1974
- Kronig, A. (red.): Leerboek der natuurkunde, Scheltema & Holkema, Amsterdam, 1962
- Biezeveld, H. en Mathot, L.: Scoop Natuurkunde voor de bovenbouw 5/6 vwo, Wolters-Noordhoff Groningen, 1997 vijfde druk
[bewerken] Zie ook
| Fysische deeltjes | ||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
 |
Meer afbeeldingen die bij dit onderwerp horen, zijn te vinden in de categorie Light van Wikimedia Commons. |
