Impuls eines Lichtquants

Hier können Sie den Impuls eines Lichtquants berechnen lassen. Dazu geben Sie unten einfach das Plancksches Wirkungsquantum sowie die Wellenlänge ein.

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Das Photon ist die Anregung elementar eines elektromagnetischen Feldes. Photonen sind das, woraus eine elektromagnetische Strahlung besteht, sie werden auch als Lichtquant oder Lichtteilchen bezeichnet. In der Quantenelektrodynamik in der Physik ist das Photon der Vermittler zwischen der elektromagnetischen Wechselwirkung zu den Eichbosonen, der Masse und dem Impuls der Photonen.

Der Photoeffekt zeigt eine bestehende Beziehung zwischen den Teilcheneigenschaften und Welleneigenschaften des Lichtes. Die Energie eines Lichtteilchens ist in der Gleichung mit der Frequenz der Lichtwellen verbunden. Außer der Teilchenenergie gibt es noch zwei weitere physikalische Größen, die Masse und der Impuls eines Teilchens.

Impuls eines Lichtquants Berechnung

Aus der Relativitätstheorie kennt man die Ruhemasse, als m0 bezeichnet und die dynamische Masse,als m bezeichnet eines Körpers. Das ergibt folgende Formel:

m0=m mal Wurzel aus 1 minus c Quadrat geteilt durch c Quadrat

Den Impuls von Photonen kann man in einem Versuch selbst nachweisen. Man nimmt leichte, ganz kleine gebrauchte Kunststoffkugeln und legt sie auf die Wasseroberfläche in einem Glas. Mit einem Laser in Richtung der Wasseroberfläche werden sie bestrahlt. Das Laserlicht hat eine hohe Intensität, das bedeutet eine große Zahl von Photonen stoßt auf ein Plastikteilchen auf. Das Laserlicht bewegt die Kugeln in die Richtung der Strahlen.

Die Elektrodynamik erklärt dieses Vorgehen so: Laut Maxwell reagiert der Druck des Lichtes. Das Licht ist das elektromagnetische Feld und bringt die Elektronen zum Schwingen. Die Elektronen werden durch die elektrische Feldstärke der Lichtwellen in die entgegengesetzte Richtung geleitet. Das Magnetfeld des Lichtes erzeugt eine Kraft auf die bewegte Ladungen. Die Richtung der Lorentzkraft wird mit der Drei-Finger-Regel bestimmt. Die Lorentzkraft zeigt immer in die Richtung, wo sich die Lichtwellen ausbreiten. Diese Kraft erzeugt den Lichtdruck auf den Körper, der bestrahlt wird.
Mit der Quantentheorie lässt es sich noch einfacher erklären: Einzeln zum Gasdruck wirkt der Druck von vielen Lichtquanten auf die bestrahlten Objekte. Die Photonen zeigen ein verhalten, wie die Teilchen beim Stoßprozess. Deshalb wird jedem Lichtquant ein Impuls zugeordnet.

Eine Gleichung verbindet beides: Die Lichtquanten verfügen über einen Impuls, auch Teilchenaspekt genannt, der mit der Wellenlänge, auch als Wellenaspekt bezeichnet, verbunden wird.

Der Lichtdruck ist bei normalen Bedingungen sehr klein, jedoch kann seine Wirkung extrem groß werden. I Sterne, die eine Temperatur von einigen zehn Millionen Kelvin haben, soll der Druck der elektromagnetischen Strahlung eine großes Ausmaß erreichen. Die ansteigenden Temperaturen versetzen das Höchste der Energiedichte eines Körpers, der schwarz ist, zu kleineren Wellenlängen.

Der Impuls der Photonen wächst

Die Kräfte des Lichtdrucks und die Gravitationskräfte sind extrem wichtig in den interstellaren Prozessen. Ein Komet im Sonnenlicht zum Beispiel, das sind Kometenschweife auf Grund des Lichtdrucks stets von der Sonne weg gerichtet.

Photonen sind die kleinsten Energieeinheiten vom Licht. Sie haben keine Ruhemasse und verlieren ihr Dasein durch die komplette Abgabe der Energie an die Materie. Sie bewegen sich immer mit einer konstanten Geschwindigkeit von 300 000 km/s im Vakuum fort. Die Energie und der Impuls der Photonen haben einen Zusammenhang mit den Welleneigenschaften des Lichtes.