A-level 物理/電子、波和光子/電磁波

結構

電磁 (EM) 波是橫波，可以傳遞能量。這意味著光可以像所有其他橫波一樣被偏振。根據能量的大小，波形成 **電磁頻譜**，包括（從最長到最短波長）：無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X 射線、伽馬射線。通常稱為 EM “輻射”，這些波的波長範圍從幾千公里 ($\geq 10^{5}$ m) 到亞皮米 ($\leq 10^{-12}$ m)。

該波實際上是由兩個垂直於波傳播方向的成分組成的。EM 輻射可以被認為是粒子（光子）或波，這通常被稱為“波粒二象性”。

光速

所有電磁波以相同的速度（在真空中）傳播，這就是被稱為“光速”的宇宙常數，通常用小寫字母“c”表示。

光速為（精確地）
c = 299 792 458 $m/s$ 或
c = 983 571 056 $ft/s$

可見光

在電磁頻譜的中間是可見光，即人眼進化出來觀察的範圍。以下是可見光的波長圖表。

  Colour                  Wavelength (m)
  near ultraviolet          3.0 e -7 
  shortest visible blue     4.0 e -7
  blue                      4.6 e -7
  green                     5.4 e -7
  yellow                    5.9 e -7
  orange                    6.1 e -7
  longest visible red       7.6 e -7
  near infra-red            1.0 e -6
  (Table 9.1, Griffiths)

有用方程式

要找出特定 EM 波的能量或其頻率，可以使用愛因斯坦方程的幾種形式。

首先，要從 EM 波的波長 $\lambda$ 確定其頻率 $\nu$。波長乘以頻率始終為常數：光速 $c$。因此，

(1) c = $\nu \lambda$,

因此，您可以從波長找出頻率，或者從簡單地操縱這種關係找出反之。

接下來，要從 EM 波的最小量（光子）確定能量。這裡，我們必須引入另一個被稱為“普朗克常數”的宇宙量，通常用小寫字母“h”表示。普朗克常數為

h = 6.626068 e -34 $m^{2}kg/s$.

有了這個，我們可以使用“普朗克方程”，它提供了光子的頻率 $\nu$ 和能量 $E$ 之間的關係。關係如下

(2) E = h $\nu$.

現在，如果我們只有波長可以使用，我們可以操縱方程式 (1) 來獲得我們需要的東西。

(1) c = $\nu \lambda$,

    $\nu =c/\lambda$,

(2) E = h c / $\lambda$.

參考文獻

（按數學/材料深度排序）

Halliday D.; Resnick R.; Walker J.; **物理學基礎，第 4 部分：第 34-38 章。** 第 6 版。John Wiley & Sons, Inc.，2003 年。第 34 章。

Griffiths，David J. **電動力學導論。** 第 3 版。新澤西州上薩德爾河：Prentice-Hall, Inc.，1999 年。第 9 章，第 364-411 頁。

Rybicki，G.; Lightman，A. **天體物理學中的輻射過程。** Wiley-Interscience，1985 年。