2) 2 раза (+)
3) 8 раз
4) 4 раза
Импульс фотона определяется соотношением p = h/λ = E/c, где h — постоянная Планка, λ — длина волны, E — энергия фотона, а c — скорость света. Следовательно, модуль импульса обратно пропорционален длине волны: при уменьшении длины волны в два раза импульс одного фотона увеличивается в два раза.
Если длина волны красного света обозначена как λк, а фиолетового — как λф, то λк = 2λф. Поэтому отношение импульсов равно pф/pк = λк/λф = 2. Таким образом, правильный ответ — в 2 раза. Это соотношение относится к фотонам, распространяющимся в одинаковой среде; в оптической диагностике и лазерной медицине оно используется при оценке энергетических и механических эффектов светового излучения.
| Характеристика | Фиолетовый свет | Красный свет | Соотношение |
|---|---|---|---|
| Длина волны | λф | λк = 2λф | λк/λф = 2 |
| Частота | νф = c/λф | νк = c/λк | νф = 2νк |
| Энергия одного фотона | Eф = hc/λф | Eк = hc/λк | Eф = 2Eк |
| Модуль импульса фотона | pф = h/λф | pк = h/λк | pф = 2pк |
| Импульс при поглощении или отражении | Передача импульса на один фотон больше | Передача импульса на один фотон меньше | Для фиолетового фотона — в 2 раза больше |
| Число фотонов при одинаковой суммарной энергии излучения | Требуется меньше фотонов | Требуется больше фотонов | Nф = Nк/2 |
Более высокая частота фиолетового излучения означает также большую энергию каждого фотона, что важно для фотохимических процессов и возбуждения электронных состояний вещества. Однако биологический эффект света определяется не только длиной волны и импульсом, но и мощностью, дозой, временем экспозиции, спектром поглощения хромофоров и оптическими свойствами тканей. При переходе света в ткань абсолютная длина волны изменяется в соответствии с показателем преломления среды, но при сравнении двух фотонов в одной и той же среде обратная зависимость импульса от длины волны сохраняется.