Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 1493 dotazů
827) Co je to foton?
07. 01. 2004
Dotaz: Dobrý den mám takový hloupý dotaz co je to vlastně Foton? (Martin)
Odpověď: Na to se dá těžko odpovědět moc stručně. Nejpřesnější asi je, že foton
je kvantum elektromagnetického pole.
Jistě víte, že foton odpovídající frekvenci f má rychlost v=c, kde c je
rychlost světla, energii E=hf, kde h je Planckova konstanta, hybnost
p=E/c=hf/c, a klidovou hmotnost nulovou (nemůže stát), pohybovou
(relativistickou) hmotnost m=hf/c^2.
Znamená to asi tolik, že když se má z jakéhokoliv důvodu měnit
elektromagnetická vlna o frekvenci f (neboli světlo s frekvencí f, pokud
ta frekvence padne do viditelné oblasti), tak že se mění nikoli spojitě,
ale po jednotlivých "zrníčkách" - kvantech, a to jsou právě ty fotony.
Takže třeba pohlcování světla spojené s uvolňováním elektronů
(fotoefekt) probíhá přes ty fotony, a nikoli snad spojitě. Einstein za
tento objev dostal Nobelovu cenu.
Dotaz: Chtěl bych se zeptat na definici volného pádu.Uveďte prosím nějaké
příklady.Děkuji (Pavel)
Odpověď: Volný pád je pohyb tělesa ve vakuu, při němž má na začátku těleso
nulovou rychlost (tedy je v klidu). Na padající předmět působí pouze
gravitační síla a doba letu nezávisí na hmotnosti tělesa (viz odpověď "Kdy
dopadne koule" z 6.3.2002 a další s podobnou tematikou).
Příklady volného pádu musíme hledat tam, kde není vzduch. Tedy například
na Měsíci, kde puštěná tělesa padají volným pádem, nebo si
musíme vakuum vyrobit sami, třeba vyčerpáním vzduchu z trubice vývěvou.
Teprve pak můžeme pozorovat volný pád a různě těžká tělesa dopadnou za stejný
čas.
Často setkáváme s označením volný pád i v případě puštění tělesa ve vzduchu. Toto můžeme udělat v případě, že odpor vzduchu je zanedbatelný a pro konkrétní výpočet jej nemusíme započítat. Když například pustíme kovovou kuličku z výšky 1 m, můžeme odpor vzduchu zanedbat. Ale u parašutisty, který padá z výšky několika km už takto postupovat nemůžeme.
Dotaz: Zajímalo by mě, proč má elektrická síť frekvenci frávě 50Hz. Jak přišli na to,
že to má být zrovna 50Hz, když je to frekvence dost nevýhodná. Například pro
trafa při ní vychází velký počet závitů a velké jádro, takže je trafo neúčinné a
rozměrné. U tlumivek a kondenzátorů je to podobné. Zde by byla lepší frekvence
zhruba několik set Hz. Druhá věc je, že 50Hz je vidět, takže nekvalitní nebo
staré žárovky, zářivky a výbojky blikají (pokud není frekvence dokonale sdružena
na 100Hz). Také televize při 50Hz má blikavý obraz. Zde by bylo na místě alespoň
tak 70 až 90Hz (nebo rovnou 100, aby se to zaokrouhlilo). 50Hz není výhodné ani
pro motory (jsou rozměrné) a usměrňovače - opět obrovské kondenzátory. atd. Tak
by mě tedy zajímalo, jak se přišlo zrovna na 50Hz? (Dan)
Odpověď: Marně hledám historickou odpověď na otázku, proč má střídavé napětí v Evropě
užívané 50Hz a v Americe, v Japonsku a jinde 60 Hz. Průkopníkem střídavého
proudu byl Nikola Tesla. Zabýval se točivým magnetickým polem, měl
patentovány motory, transformátory a přenos elektrické energie vůbec pomocí
střídavého proudu. Přenos elektrické energie po transformaci na vysoké
napětí se všeobecně prosadil vzhledem ke snížení ztrát Jouleovým ohřevem i
když vytrvalým zastáncem stejnosměrného proudu byl sám Thomas Alva Edison.
Nenalezl jsem však nikde zmínku o tom, že by to měl být střídavý proud právě
o 50 nebo 60 Hz. Může to souviset s tehdejší běžnou rychlostí otáčení
generátorů se 3 cívkami a frekvence pak byla konvenčně zavedena tak, aby se
dala dobře realizovat. Nyní s ohledem na propojení energetických soustav je
globální možnost změny frekvence nereálná, být by přinášela některé výhody.
Lokálně, tam, kde je to výhodné (úsporné zářivky, střídačové napájecí
zdroje), se pracuje s vyššími frekvencemi. Pokud by se pro dálkový přenos
používaly výrazně vyšší frekvence, vznikaly by problémy s vyzařováním,
interferencemi a také s nepřizpůsobením délky vinutí a vlnové délky
střídavého proudu.
Dotaz: Světlo má duální charakter - jeho nositelem je jak foton, tak elektromagnetické záření. Vlnová dálka el.mag. záření které považujeme za viditelné světlo, se pohybuje v rozmezí 700nm - 400nm. Rád bych se zeptal:
1) pokud bych dokázal vysílat na frekvenci o vlnové délce řekněme 500nm, svítila by anténa vysílače?
2) pokud ano, kde by se vzaly fotony? Vždyť jen vysílám el.mag. záření.
3) existuje foton i pro el.mag. záření které má nižší nebo vyšší vlnovou délku než viditelné světlo a to i třeba o několik řádů?
Děkuji (Tomáš Trojan)
Odpověď: 1) Pokud bys takový vysílač dokázal sestrojit, tak by zcela jistě svítil.
Problém je v tom, že nikdo takovou anténu vyrobit neumí, a to zejména
proto, že vlnová délka vysílaného záření odpovídá rozměrům vysílače.
2) Otázka "kde se v el.-mag. vlnění vezmou fotony" je zcela přirozená ale
nikdo na ní neumí uspokojivě a jasně odpovědět. Jde o pochopení toho,
čemu říkáme vlnově-částicová dualita. Bohužel (či bohudík?) pravda je
taková, že názornou představu opírající se o nějakou běžnou zkušenost si v
tomto případě udělat nejspíš nelze. Fyzikové se s tímto vyrovnávají
většinou tak, že připustí, že elektromagnetické záření se může projevovat
jako vlnění i jako tok energetických kvant (fotonů). V některých situacích
(např. při interferneci či ohybu) se projeví vlnové vlastnosti, v jiných
(fotoefekt) zase částicové. Na otázku, zda je to teď zrovna vlna nebo
částice, také odpovedět nelze. Záření má totiž obě vlastnosti současně a
je to pouze naše interpretace, že ho jednou vidíme jako vlnu a jindy jako
částice.
3) Fotony pochopitelně existují pro záření všech vlnových délek.
Pochopitelně proto, že teorie, která by tak fundamentální věc jako
kvantování el.-mag. vln připouštěla jen pro nějaký konkrétní interval
vlnových délek, by byla přinejmenším podivná. Viditelné světlo se od
el.-mag. záření jiných vlnových délek skutečně ničím neliší.
Energie jednoho fotonu závisí na vlnové délce (určitě znáš vzorec E = hf =
hc/λ). Čili čím kratší vlnová délka, tím energičtější (říká se
také tvrdší) fotony. Takové fotony se budou projevovat velmi znatelně.
Naproti tomu fotony odpovídající např. rádiovým vlnám budou tak měkké, že
jen obtížně vymyslíme nějaký experiment, při kterém se "částicovost"
záření projeví. Můžeš si snadno spočítat jejich energii a porovnat jí
třeba s typickou energií chemických reakcí na jednu molekulu.
Dotaz: Nikde na těchto stránkách jsem nenalezl nic z jednoduché fyziky pro základní
školu např čím se měří tlak? (SPetex)
Odpověď: Dobrý den! V Odpovědně a na celém FyzWebu se snažíme doplňovat to, co ve standardních učebnicích není a ne je nahrazovat. Materiály a odkazy by měly sloužit k rozšíření základních vědomostí.
K Vašemu dotazu: Tlak měříme přístroji, kterým obecně říkáme tlakoměry nebo barometry. Liší se podle toho, kde a jaký tlak jimi měříme. Podle vhodnosti můžeme použíttlakoměr kapalinový, deformační nebo měničový.
Běžně nás zajímají hodnoty atmosférického tlaku, k jejichž měření slouží
barometry. Rtuťový barometr je založen na Torricelliho pokusu
(rtuťový sloupec v U-trubici má různou výšku hladiny v
závislosti na tlaku). Je-li náplní barometru voda nebo líh, má přístroj
větší citlovost, ale menší rozsah.
Deformační manometr využívá tenkostěnnou kovovou nádobku, která se různě
deformuje v závislosti na rozdílu tlaků uvnitř nádobky a měřeného
tlaku venku. Deformace stěn nádobky se přenáší na ručku přístroje a na
stupnici odečítáme tlak. Pokud je přístroj zkonstruován tak, že měří v
oblasti atmosférického tlaku, nazýváme jej aneroid.
Měničové tlakoměry hrají důležitou roli při měření velmi nízkých
tlaků. Obsahují měnič, který převádí tlak na jinou fyzikální veličinu.
Nejčastěji se používají piezoelektrické nebo odporové měniče, které
převádějí tlak na elektrické napětí.
V běžném životě se můžeme setkat s barometry visícími na zdi, které nám
ukazují, jak se mění atmosférický tlak (stoupající tlak znamená v našich
zeměpisných souřadnicích většinou zlepšení počasí). Jsou to převážně
aneroidy. V každém autě byste měli najít manometr, kterým se přeměřuje tlak vzduchu v pneumatikách. U-trubici zase můžete vidět při výuce fyziky, kde vám ji fyzikář určitě rád ukáže. I když se to na první pohled nezdá, přístrojů na měření tlaku je kolem nás celkem dost.
