ماهي الفوتونات

اقتباساتي

لقد ساعد علم الفيزياء على اكتشاف وتحليل العديد من العلوم الأخرى الفرعية الهامة مثل علم الضوء وتحليل مكوناته جيدًا ؛ وقد تثبت العلماء أن الشعاع الضوئي يتكون من وحدات صغيرة تُعرف باسم الفوتونات وهي توجد في جميع الأشعة الضوئية .

تعريف الفوتونات

الفوتون أو المعروف باللغة الإنجليزية باسم Photon هو الوحدة الأولية والأساسية للشعاع الضوئي ، وتم تعريف الفوتون على أنه أصغر كمية ضوئية أو أصغر حزمة طاقة دقيقة من الإشعاع الكهرومغناطيسي ، وقد عُرف الفوتون لأول مرة بواسطة العالم أينشتاين وكان ذلك عام 1905م الذي قد أوضح أنه يوجد حزم منفصلة من الطاقة عند إرسال الضوء من مصدره إلى أي مكان اخر .

مكتشف الفوتونات

وقد ساعد ما توصل إليه العالم ألبرت أينشتاين كل من العالم ماكس بلانك عام 1900م الذي قد بيَّن أن الإشعاع الحراري ينبعث على هيئة حزم ، وقد مهد ذلك الطريق أيضًا إلى استخدام مُصطلح الفوتون عام 1924م حينما قام العالم ارثر إتش بوصف وتوضيح طبيعة ومكونات أشعة إكس X-rays .

الفوتون في الفيزياء

هناك بعض الخواص الفيزيائية للفوتونات ، وقد شملت تلك الخصائص ، ما يلي :

-الفوتونات عبارة عن جزئيات متحركة ، ومع ذلك لا كتلة لها .

-كما أن الفوتونات تكون مُستقرة كهربائيًا ولا يوجد لها شحنة كهربائية .

-كل فوتون يحمل مقدار من الطاقة ؛ ويختلف هذا المقدار وفقًا لكل من التردد والمدار .

-قد تتفاعل الفوتونات مع بعض الجسيمات الأخرى مثل الإلكترونات سالبة الشحنة .

-يسهل التعامل مع الفوتونات والتأثير عليها ؛ حيث يُمكن تدمير الفوتون أو إنشائه عبر مجموعة من العمليات الفيزيائية الطبيعية .

-تنتقل الفوتونات بسرعة ثابتة هي سرعة الضوء ، ولا يطرأ على هذه السرعة تغيير إلا إذا عبرت إلى وسط اخر مثل الانتقال إلى الزجاج .

الفوتون في الكيمياء

تُجدر الإشارة إلى الفرق بين الفوتون والفونون ؛ حيث أن الفوتون هو عبارة عن جسيم أولى متناهي الصغر ، وهو يختلف عن باقي الجسيمات الأولية الأخرى مثل الإلكترون وغيره في أنه لا يمتلك كتلة استقرار ولا يوجد له شحنة ، في حين أن الفونون عبارة عن حالة اهتزازية كمومية تنشأ في الشبكات البلورية الخاصة بالمواد الصلبة ، وبذلك فإن تلك الفونونات تلعب دورًا كبيرًا في تحديد خواص الأجسام الصلبة وخصوصًا الطاقة الحركية والكهربائية وغيرها .

أهمية الفوتونات

الفوتونات موجودة في كل مكان ؛ حيث أن وجودها لا يقتصر على أشعة الشمس فقط ؛ وإنما تتواجد أيضًا في الأشعة السينية وأشعة الراديو والأشعة فوق البنفسجية ، وغيرهم ، ومن أهم وظائف الفوتونات ، ما يلي :

-تُستخدم ظاهرة الفوتونات على نطاق واسع في جميع أجهزة التحكم عن بُعد .

-تُعتبر ذات أهمية بالغة في أمواج بث الإذاعة وبث القنوات التلفزيونية .

-كما تُستخدم أيضًا في الأجهزة الخاصة بتفتيش الأغراض والحقائب المختلفة في المطارات ومختلف الأجهزة الأمنية .

مسائل على طاقة الفوتون

مثال 1 : مركب كلوريد النحاس الثنائي من المواد التي تُستخدم في صناعة بعض الألعاب النارية ، وعند تسخينه إلى 1500 درجة كلفن ؛ ينتج عنه لون أزرق له طول موجي يبلغ 4.5 * 100 نانومتر ، فما هي طاقة فوتون واحد في هذا الضوء ؟

الإجابة : يتم حل المسألة السابقة عبر الخطوات التالية :

-أولًا : تحويل الطول الموجي من وحدة نانومتر إلى وحدة متر

-ثانيًا : وبعد ذلك يتم حساب قيمة طاقة الفوتون من خلال التعويض في العلاقة التالية في حين أن h هو ثابت بلانك و c هي سرعة الضوء :

-وبالتالي ؛ فإن طاقة الفوتون هنا تساوي :

ويتم تقدير قيمة طاقة الفوتون بوحدة الجول J