Masse, Energie und Impuls von Photonen
Photoeffekt - Die Gegenfeldmethode - quantitative Analyse / Das Photonmodell
Das Photon ist ein Teilchen, das sich mit Lichtgeschwindigkeit $c$ bewegt. Wie man aber aus der Relativitätstheorie weiß, bewegen sich alle Teilchen, die eine Ruhemasse $m_0$ haben, unterhalb der Lichtgeschwindigkeit.
Merke
"Ruhe"-Masse $m_{0}$ eines Photons
Das Photon hat keine Ruhemasse, da es sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt.
Energie und Impuls
Insbesondere resultiert mit Hilfe der relativistischen Energie-Impuls-Relation
$(\frac{E}{c})^2-p^2=m_0^2c^2$,
dass für ein Photonen mit der Energie $E_{\gamma}=hf$ und dem Impuls $p_{\gamma}$ gilt
$(\frac{E_{\gamma}}{c})^2-(p_{\gamma})^2=0$.
$\Rightarrow \frac{E_{\gamma}}{c}=p_{\gamma}$.
Setzen wir noch $E_{\gamma}=hf$ ein, so können wir einen Merksatz formulieren.
Merke
Impuls $p_{\gamma}$ eines Photons
Der Impuls eines Photons, das zu Licht der Frequenz $f$ gehört, hat den Wert
$p_{\gamma}=\frac{hf}{c}$
bzw.
$p_{\gamma}=\frac{h}{\lambda}$,
wenn man die Formel $\lambda\cdot f=c$ für elektromagnetische Strahlung berücksichtigt.
Photonimpuls - Idee für ein Experiment
Man kann sich auch ein einfaches Experiment überlegen, mit dem man im Prinzip die Existenz eines Photonimpulses nachweisen kann.
Beispiel
Es werde ein Spiegel mit nahezu vernachlässigbarer Masse an einem hinreichend langen Faden aufgehängt. Dieser Spiegel werde dann mit einem intensiven Lichtblitzen bestrahlt. Hat nun Licht tatsächlich einen Impuls, so müsste der Spiegel wie ein Pendel ausgelenkt werden.
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