ID: 00017093
На площадку падает зелёный свет от лазера. Лазер заменяют на другой, который генерирует красный свет. Мощность излучения, падающего на площадку, в обоих случаях одна и та же.
Как меняется в результате такой замены число фотонов, падающих на площадку в единицу времени? Укажите закономерности, которые вы использовали при обосновании своего ответа.
Источник: Сборник Гиголо
Свет — это поток «порций» энергии, фотонов. Энергия одного фотона E_ф = h\nu = \dfrac{hc}{\lambda} — то есть чем короче длина волны (выше частота), тем «дороже» каждый фотон. Мощность — это сколько энергии прилетает за секунду. Удобная аналогия: мощность — это сумма денег в секунду, фотон — монетка определённого номинала. Если сумма та же, а монетки стали мельче, то монеток нужно больше.
Длина волны зелёного света меньше, чем красного (\lambda_{зел} \lt \lambda_{кр}), значит, частота зелёного больше. По формуле E_ф = h\nu энергия фотона зелёного света больше, чем красного: E_{ф,зел} \gt E_{ф,кр}. После замены лазера фотоны стали «дешевле» (менее энергичными).
Мощность излучения — это энергия всех фотонов, прилетевших за единицу времени: P = E_ф\cdot\dfrac{N}{\Delta t}, где N/\Delta t — число фотонов в секунду. Отсюда
\dfrac{N}{\Delta t} = \dfrac{P}{E_ф}.
По условию мощность не изменилась (P = \text{const}), а энергия одного фотона уменьшилась (E_{ф,кр} \lt E_{ф,зел}). В формуле N/\Delta t = P/E_ф знаменатель стал меньше — значит, само число фотонов в секунду выросло. Проще говоря: чтобы донести ту же мощность «мелкими монетками» красных фотонов, их в секунду нужно больше.
Ответ: число фотонов, падающих на площадку в единицу времени, увеличится.
Число фотонов в единицу времени увеличится: у красного света энергия фотона меньше, поэтому при той же мощности их нужно больше.