fotonen

Lisa stelde deze vraag op 01 maart 2011 om 17:45.

Een foton heeft geen massa, maar wel energie.

Maar er geldt toch; massa = energie? 

Is een foton hetzelfde als een elektron?

Bedankt!

Reacties

Theo op 01 maart 2011 om 23:38

Einstein heeft inderdaad gelijkwaardigheid van massa en energie gevonden volgens de fameuze E = mc2 formule. Deze geldt voor elke massa die minder dan de lichtsnelheid beweegt. En daarmee voor alles, behalve voor die deeltjes die wel met lichtsnelheid bewegen... licht zelf: fotonen.

Voor fotonen geldt dat ze altijd met snelheid c bewegen en daarbij een energie hebben die afhankelijk is van hun frequentie: E = h.f  waarbij f de frequentie is en h de constante van Planck.

Dus als 4 "trage" deeltjes zoals protonen samenbotsen tot 1 heliumkern dan is het beetje massaverschil m dat een heliumatoom lichter is dan 4 protonen omgezet in energie volgens E = mc2 . En die energie wordt dan door een hoogenergetisch foton (gammastraling) getransporteerd met frequentie  f = E/h

Een foton is een massaloos deeltje met snelheid c, een electron een geladen deeltje met meetbare massa en snelheid kleiner dan c. Ze zijn dus niet hetzelfde.  Maar als een electron zijn tegenpool (positron) tegenkomt dan kunnen ze wel annihileren (ophouden te bestaan) en komt hun gezamelijke massa van 2me vrij als energie in de vorm van een foton.

Duidelijker zo?

 

Stephan op 01 november 2020 om 23:16
Toch is een hele goed vraag. Want de tijd staat voor een foton stil (het beweegt immers met de lichtsnelheid). Wanneer de tijd stil staat is het zinloos om over frequentie (het aantal trillingen per tijdseenheid) te spreken...... Dus hoe komt de foton aan zijn energie (E = λ x f) wanneer je niet over een frequentie kunt spreken omdat de tijd voor de voortsnellende foton stil staat? 

Enerzijds E = m x c2 en anderzijds E = λ x f , doet toch haast vermoeden dat er een dieper verband tussen m en f bestaat......
Jan van de Velde op 01 november 2020 om 23:34

Stephan plaatste:

Enerzijds E = m x c2 en anderzijds E = λ x f
dag Stephan,

ik weet niet waar je die vandaan hebt. 
v=λ·f , ja, maar niet E=λ·f

voor fotonen geldt E = hf = hc/λ

met h de constante van Planck

groet, Jan
Stephan op 01 november 2020 om 23:50
Hallo Jan, dankjewel voor de reaktie. Sorry voor de notatie, maar het maakt de vraag niet anders of je voor planck-constante nu λ of h schrijft......(?) groet, Stephan
Arno van Asseldonk op 02 november 2020 om 19:30

Stephan plaatste:

het maakt de vraag niet anders of je voor planck-constante nu λ of h schrijft......(?) groet, Stephan
Het was nota bene Max Planck zelf die het symbool h voor de naar hem genoemde constante heeft ingevoerd. De conventie is dat λ als symbool voor golflengte wordt gebruikt en h voor de constante van Planck. Als je daar van af meent te moeten wijken leidt dat alleen maar tot nodeloze verwarring.
Jan van de Velde op 02 november 2020 om 19:48

Stephan plaatste:

 hoe komt de foton aan zijn energie  wanneer je niet over een frequentie kunt spreken omdat de tijd voor de voortsnellende foton stil staat? 

omdat ook energie afhangt van de waarnemer.

Nemen we voorbeeld uit de klassieke mechanica, een kanonskogel, massa 5 kg, snelheid 200 m/s. Bewegingsenergie dus E= ½ x 5 x 200² = 100 000 J. 

Geen pretje voor de stilstaande waarnemer die die klap energie tegen zijn stilstaande hoofd krijgt

Maar als die waarnemer zelf een snelheid heeft van 199,9 m/s, in dezelfde richting als de kanonskogel, dan is de "klap" slechts E= ½ x 5 x 0,1² = 0,025 J

Het heeft dus weinig zin om te spreken van de frequentie of energie van een foton bezien vanuit dat foton. 

Groet, Jan
Stephan op 02 november 2020 om 21:39
@ Jan: Dankjewel Jan!! Ben geen zelf absoluut geen natuurkundige, alleen geinteresseerd (daar zit wellicht ook het probleem :) ). Maar ben er daarom ook nog niet helemaal uit. Je antwoord kan ik goed volgen vanuit de klassieke mechanica....

Maar een foton verwijdert zich altijd met de lichtsnelheid. Voor de foton (of ieder ander object dat zich met de snelheid van het licht zou voortplanten door de ruimte) is er geen tijd. Dus is het - en daar is je punt volkomen terrecht inderdaad - vanuit het perspectief van de foton zinloos om te spreken over bijvoorbeeld afstanden of frequentie (of enig ander begrip dat samenhangt met tijd).

Dus op het moment dat het open universum op enig moment alleen nog maar straling zou bevatten, zou het dus ook zinloos zijn om over tijd, afstanden, frequenties of entropie (de tijdpijl) te praten. 

Je gaat er verder niet op in, maar is er enig verband tussen massa en frequentie (anders dan dat ze beide klaarblijkelijk de energie van materie danwel de energie van straling definieren)? 

Nogmaals, dank voor je antwoorden. Stel ik zeer op prijs.

Groet,

Stephan
stephan op 02 november 2020 om 21:46
@Arno, tjonge.....dat iemand per ongeluk λ ipv Ⴌ gebruikt waarvoor hij al excusses heeft gemaakt..... We zijn niet allemaal volledig thuis in het jargon. Maar ik bedoelde inderdaad de constante van Planck.
Jan van de Velde op 02 november 2020 om 22:12

stephan plaatste:

@Arno, tjonge.....dat iemand per ongeluk ..//..
We zijn hier op een middelbare-school-vraagbaak. Dat soort fouten corrigeren we dus liefst, expliciet, want ook slechte voorbeelden doen "goed" volgen. Dus daarop hoef je Arno niet aan te spreken. 

Stephan plaatste:

is er enig verband tussen massa en frequentie (anders dan dat ze beide klaarblijkelijk de energie van materie danwel de energie van straling definieren)? 

Hamvraag is, waarom zou je dat zoeken? 

Stephan plaatste:

Ben geen zelf absoluut geen natuurkundige, alleen geinteresseerd 
Aangezien natuurkundigen dit hele verhaal ingewikkeld genoeg vinden, en de misconcepten om elk hoekje op de loer liggen, is het dan mogelijk wijs om òf dit eens diepgaand te gaan bestuderen, òf een andere interesse te zoeken. 

Wil je toch hierop verder gaan, dan is Wetenschapsforum.nl overigens een geschiktere plaats voor dit soort discussies.

Groet, Jan
Theo de Klerk op 02 november 2020 om 22:31
>is er enig verband tussen massa en frequentie
DeBroglie kent zoiets in de quantum mechanica: λ = h/p (met p = mv en v < c) als "golflengte" van massadeeltjes omdat die blijken te interfereren met zichzelf (dubbele spleetexperiment van Young).

En ja, λ ziet elke halve natuurkundige als golflengte en nooit als constante van Planck. Maar dat hoeft je niet te weerhouden tegen de gebruiken in toch λ ervoor te gebruiken zolang je dat dan maar tevoren meldt. En op de koop toe neemt dat anderen "voorgeprogrammeerd" het toch misvatten. Dus is het handiger om je conformeren aan de gebruikelijke symbolen.
Marlies op 15 september 2021 om 14:04
Is een foton een deeltje? Of gedraagd het alleen als een deeltje?
Theo de Klerk op 15 september 2021 om 14:27
Een foton is de deeltjes-weergave van een elektromagnetisch veld.
In "dagelijks" gebruik is een foton vaak een lichtdeeltje. Althans: er zijn experimenten/situaties waarin licht zich gedraagt als stroom deeltjes  (bijv. foto-elektrisch effect, compton-verstrooiing). Maar in andere situaties gedraagt het zich als golf met bepaalde frequentie (zoals interferentie en buigingsverschijnselen).
Licht is noch het één noch het ander, maar heeft beide aspecten (en misschien nog wel meer waarvan we ons nog niet bewust zijn).  Een foton "bestaat" dus niet, een lichtgolf ook niet.
Daar waar bij een verklaring het licht in discrete energiepakketjes wordt gezien, wordt de term "foton" gebruikt. Dat deeltje heeft een energie E die we koppelen aan wat het licht als golf aan energie zou hebben, E = hf  waarbij f de frequentie is van het licht als het een golf zou zijn.

Bij een lichtdeeltje visualiseren we dit door aan te nemen de frequentie niet exact te kennen, maar van alles te kunnen zijn tussen frequentie f (van E = hf) en een interval Δf eromheen. Als die golven samen interfereren dan ontstaat een klein gebiedje waar je golf wezenlijk van de 0-waarde van de amplitude afwijkt en dit als de lengte van het foton kan worden gezien.

Maarten op 05 december 2021 om 14:29
Als licht er alleen nu is, immers de tijd is niet relevant, waarom zouden we dan alleen vanuit een bigbang op weg zijn gegaan en waarom niet op weg naar het verleden?
Theo de Klerk op 05 december 2021 om 14:56
Tijd is niet relevant voor licht. Wel voor ons - buiten het "rustframe" van de lichtstraal. Daar loopt de tijd vooruit.

"Yesterday is history, tomorrow a mystery, today is a present." (Eleonor Roosevelt)
maarten op 05 december 2021 om 15:08
Dat is precies wat ik dacht. Waarom zouden we moeten denken in de termen van een big bang. We kunnen op denken in termen van een groot zwart gat. Dan is tomorrow history en yesterday een mistery. Alleen voor mensen maakt dat verschil maar die tellen nauwelijks mee in het geheel. Want alles doet gewoon wat het moet doen. 
Theo de Klerk op 05 december 2021 om 15:48
Niemand zegt dat je moet denken in termen van een big bang. De manier waarop dat altijd wordt getoond (als soort explosie van buitenaf) is ook onzin. We zijn er onderdeel van en "zien" niets van een big bang. Alleen dat de ruimte waarin we ons bevinden blijkbaar steeds groter wordt als de roodverschuiving van licht van ver verwijderde stelsels een indicatie is. Achteruit in de tijd is nog steeds een onmogelijkheid. De 2e wet (nou ja...ervaringsfeit) van de thermodynamica gaat uit van altijd toenemende entropie en "dus" een richting van tijd. Ook causaal zou teruggaan nogal wat problemen veroorzaken. Al zijn er allerlei "uitvluchten" als multi-verse universa en zo. Leuk voor bij de kerstboom.
maarten op 05 december 2021 om 23:22
Ik ben niet overtuigd van de richting. Als het voor het foton stl staat, en de andere deeltjes moeten doen wat ze kunnen, dan dwingen ze elkaar wederzijds tot een richting. Dat kan versnelling genoemd worden maar ook vertraging. Als de deeltjes simultaan bewegen volgens een gekromde baan, dan zouden zij elkaar synchroon tot vertraging dwingen. Dat krijg je volgens mij een soort Mebius ring. 
Theo de Klerk op 06 december 2021 om 01:30
Ik zie de logica van "dwingen" niet. Maar heb ook geen zin me in esoterische kwesties te verdiepen.
maarten op 06 december 2021 om 07:19
Logica is dwang want er is geen eindeloze vrije keuze waaruit men kan kiezen. Als de dingen in een bepaalde gekromde richting moet gaan, dan is de kans heel groot dat ze precies op het zelfde moment de andere kant in een Mebius ring elkaar ontmoeten.
maarten op 06 december 2021 om 07:25
De ruimte mag uitbreiden maar de hoeveelheid materie neemt nergens toe. Dus er moet een verklaring zijn dat massa en energie elkaar in evenwicht houden. 

Plaats een reactie

+ Bijlage

Bevestig dat je geen robot bent door de volgende vraag te beantwoorden.

Roos heeft vierentwintig appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Roos nu over?

Antwoord: (vul een getal in)