化学徒の備忘録(かがろく)|化学系ブログ

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【量子化学基礎】エネルギー量子と電磁波の基本式

量子化学用語解説

エネルギー量子

プランクは、熱放射のスペクトルと温度について研究を行い、電磁波(光)が物質に出入りするときのエネルギーの受け渡しの大きさ $E$ が光の振動数 $\nu$ に比例する、飛び飛びの値しか許されないと仮定すると、実験結果と一致することを発見した。つまり、エネルギー $E$ は、どんな値でもとることができるわけではなく、振動数 $\nu$ に比例するエネルギー $h \nu$ の整数倍に一致する値だけをとることができる。

これを式にすると次のようになる。

$E = nh \nu$

ここで、 $n$ は整数、 $h$ はプランク定数である、プランク定数 $h$ の値は $h= 6.6261 \times 10^{-34} \rm{Js}$ である。

$h \nu$ は振動数 $\nu$ の光に関係したエネルギーの粒と考えることができる。この $h \nu$ のことをプランクのエネルギー量子ということがある。

電磁波の基本式

光を波として考えるとき、波長とは波の一番高い頂点から次の頂点までの距離であり、振動数は1秒間に波が上下に振動する回数である。光の波が1回振動する距離 $\lambda$ と1秒間の振動数 $\nu$ の積 $\lambda \nu$ は、光が1秒間に進む距離である光速度 $c$ に等しい。

この関係を式にすると以下のようになる。

$\lambda \nu = c$

この関係式を電磁波の基本式ということがある。

この関係式は電磁波以外の一般的な波にも適用することができ、波の速度を $v$ とすると以下のようになる。

$\lambda \nu = v$

これを波の基本式ということがある。