2) 1,5
3) 3
4) ?3
Энергия фотона определяется формулой E = hν, где h — постоянная Планка, а ν — частота излучения. При переходе света через неподвижную границу раздела воздух–стекло частота сохраняется, поскольку она задаётся источником и должна быть одинаковой по обе стороны границы. Поэтому энергия фотона не изменяется, несмотря на изменение скорости распространения и длины волны.
Показатель преломления стекла связан со скоростью света соотношением n = c/v. В стекле скорость уменьшается в 1,5 раза, а длина волны зелёного света становится равной λстекла = 550/1,5 ≈ 367 нм; частота при этом остаётся прежней. Следовательно, Eвоздух/Eстекло = hν/hν = 1, что соответствует отмеченному ответу.
Для фотобиологических и оптических медицинских систем это различие принципиально: среда изменяет скорость и пространственный масштаб распространения излучения, но не энергию отдельного фотона при прохождении стационарной границы. Именно поэтому расчёты взаимодействия света с фотосенсибилизаторами, фоторецепторами и оптическими детекторами проводят с учётом частоты или энергии фотона, а не только показателя преломления среды.
| Физическая величина | В воздухе | В стекле (n = 1,5) | Изменение при переходе |
|---|---|---|---|
| Частота ν | Одинакова для данного источника | Та же самая | Не изменяется |
| Энергия фотона E = hν | ≈ 3,61 × 10−19 Дж, или 2,25 эВ | ≈ 3,61 × 10−19 Дж, или 2,25 эВ | Не изменяется |
| Скорость распространения v | Приблизительно c | c/1,5 | Уменьшается в 1,5 раза |
| Длина волны λ | 550 нм | ≈ 367 нм | Уменьшается в 1,5 раза |
| Цветовое восприятие | Зелёная область спектра | Соответствует той же частоте | Частота и цвет не меняются |
| Показатель преломления n | Приблизительно 1 | 1,5 | Определяет изменение скорости и длины волны |
Таким образом, показатель преломления не следует напрямую подставлять в формулу энергии фотона. Он характеризует распространение электромагнитной волны в среде, тогда как энергия определяется частотой. Изменение энергии возможно при изменении частоты, например при поглощении, испускании или неупругом рассеянии. В рассматриваемом переходе таких процессов нет, поэтому отношение энергий равно единице.Учебный курс: тесты с ответами по радиационной безопасности.