Photonen

Geschrieben von: Dennis Rudolph
Montag, 06. Januar 2020 um 19:56 Uhr

Mit dem Photon bzw. den Photonen befassen wir uns in diesem Artikel. Dabei erklären wir euch, was ein Photon ist und wie man Masse, Energie und Impuls eines Photons berechnet. Dieser Artikel gehört zu den Grundlagen der Quantenphysik.

Strahlung - und damit auch Lichtstrahlung - kann sowohl als Strom aus Teilchen, als auch als Welle angesehen werden. Die einzelnen Teilchen - die keine Ruhemasse besitzen - nennt man Photonen. Als Ruhemasse bezeichnet man dabei die Masse, die ein Körper in einem Bezugssystemen hat, bezüglich dessen er ruht. Photonen haben keine Ruhemasse, sprich mRUHE = 0.

Hinweis:

Haben Photonen eine Masse?

Ich erhalte immer wieder Mails mit verschiedenen Aussagen zu Massen bei Photonen. Die einen behaupten Photonen haben nie eine Masse, andere - auch Physiker mit Doktor-Titel - reichen Unterlagen bei mir ein wonach Photonen doch eine Masse haben und dies in der Physik grundsätzlich falsch verstanden wird. Wir können dies in einem Artikel für die Schule nicht klären. Wir verwenden jedoch hier eine rechnerische Zuordnung einer Masse wie man dies öfters einmal im Physik-Unterricht macht.

Photonen Masse

Photonen haben also keine Ruhemasse. Allerdings kann man einem Photon rechnerisch eine Masse zuordnen. Es gibt mehrere Formeln um die Masse von Photonen zu berechnen und auf den Physiker Albert Einstein zurückgehen. Eine ganz wichtige Erkenntnis: Die Masse eines Photons hängt von seiner Energie ab. Es folgen die Formeln samt Variablenbezeichnungen:

Photonen Masse

Dabei ist:

  • "m" die Masse eines Photons in Kilogramm [ kg ]
  • "E" ist die Energie des Photons in Newton-Meter [ Nm ]
  • "c" ist die Lichtgeschwindigkeit in Meter pro Sekunde [ m/s ]
  • "h" ist das Plancksche Wirkungsquantum in Joule-Sekunde [ Js ]
  • "f" ist die Frequenz in Hertz [ 1/s ]
  • "λ" ist die Wellenlänge des Lichts in Meter [ m ]

Es gilt:

Plancksches Wirkungsquantum

Beispiel:

Licht mit einer Wellenlänge von 630nm bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit. Berechne die Masse eines Photons.

Photon Masse Beispiel 1

Photonen Energie

Es gibt mehrere Formeln um die Energie von Photonen zu berechnen und auf den Physiker Albert Einstein zurückgehen. Eine ganz wichtige Erkenntnis: Die Energie eines Photons hängt von seiner Masse ab. Es folgen die Formeln samt Variablenbezeichnungen:

Photonen Energie

Dabei ist:

  • "m" die Masse eines Photons in Kilogramm [ kg ]
  • "E" ist die Energie des Photons in Newton-Meter [ Nm ]
  • "c" ist die Lichtgeschwindigkeit in Meter pro Sekunde [ m/s ]
  • "h" ist das Plancksche Wirkungsquantum in Joule-Sekunde [ Js ]
  • "f" ist die Frequenz in Hertz [ 1/s ]
  • "λ" ist die Wellenlänge des Lichts in Meter [ m ]

Es gilt:

Plancksches Wirkungsquantum

Beispiel:

Die Masse eines Photons betrage 3,5058 · 10-36 kg und es bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit. Wie groß ist dessen Energie?

Photon Energie Beispiel 1

Photonen Impuls

Es gibt mehrere Formeln um die Energie von Photonen zu berechnen und auf den Physiker Albert Einstein zurückgehen. Es folgen die Formeln samt Variablenbezeichnungen:

Photonen Impuls

Dabei ist:

  • "p" ist der Impuls in Kilogramm-Meter pro Sekunde [ kgm/s ]
  • "E" ist die Energie des Photons in Newton-Meter [ Nm ]
  • "c" ist die Lichtgeschwindigkeit in Meter pro Sekunde [ m/s ]
  • "h" ist das Plancksche Wirkungsquantum in Joule-Sekunde [ Js ]
  • "f" ist die Frequenz in Hertz [ 1/s ]
  • "λ" ist die Wellenlänge des Lichts in Meter [ m ]

Es gilt:

Plancksches Wirkungsquantum

Beispiel:

Die Energie eines Photons beträgt 3,15522 · 10-19 J und es bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit. Berechne dessen Impuls.

Photon Impuls Beispiel 1

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