波・光・量子

光子のエネルギーで波長をかけてしまう

問題

波長 λ の光子のエネルギー E を求めよ。プランク定数を h、光速を c とする。

ありがちな答えE=hcλ

答えの単位で検算する

手順1 求めたい量の単位を確かめる

求めたいのはエネルギー・仕事・熱量 E。単位は J(= kg·m2s2)。

使える量の単位:

手順2 答えの右辺に単位を当てはめる

数字の係数(2、12、π など)は単位をもたないので無視します。

[hcλ] =(J·s)·ms·m=kg·m4s2 × 不一致
手順3 比べる

求めたい量は kg·m2s2 なのに、答えの単位が合いません。この答えはどこかが間違っています。

どこで間違えやすいか

E = hf と c = fλ を組み合わせるときに、f=cλ を f = cλ とした。

正しい答え

正しい答えE=hcλ
[hcλ] =(J·s)·msm=kg·m2s2 ○ 一致

単位が kg·m2s2 になり、求めたい量と一致しました。

単位が合っても、答えが正しいとは限りません(係数や sin・cos の間違いは見つけられません)。ただ、単位が合わなければ必ず間違いなので、見直す場所を絞り込めます。

波・光・原子のほかのミス

波・光・原子の検算のコツ

弦の波の速さ Tρ は「強く張るほど速く、重いほど遅い」。光子のエネルギー hf=hcλ では、波長は割ります。

→ 波・光・原子のミスをまとめて見る

→ エネルギー・仕事・熱量の単位の意味を調べる → 検算のやり方