Betekintés a lézer világába

Lézer

Az alábbi feladat a 2023-as (NAT 2012) októberi, középszintű fizika érettségi első részének 17. feladata volt. A feladat kulcsa a lézer.

Egy vörös és egy zöld fényű lézer által kibocsátott lézerfény egyaránt 0,1 mW teljesítményű. Melyiket hagyja el több foton egy másodperc alatt?

  • A)         A vörös fényűt.  
  • B)         A zöld fényűt.
  • C)         Egyforma darabszámú foton hagyja el a két lézert egy másodperc alatt.

A lézertechnológia az egyik legizgalmasabb területe a modern fizikának, számos alkalmazással rendelkezik, az orvostudománytól a kommunikációig. Az érettségi vizsgákon gyakran felmerülő kérdések közé tartozik a lézerekkel kapcsolatos kvantummechanikai jelenségek vizsgálata is. Egy ilyen kérdés merült fel a 2023 októberi érettségin, ami a lézer fotonkibocsátását firtatta: „Egy vörös és egy zöld fényű lézer által kibocsátott lézerfény egyaránt 0,1 mW teljesítményű. Melyiket hagyja el több foton egy másodperc alatt?”

A kérdés megértése

A lézerfények, legyenek azok vörös vagy zöld színűek, fotonok (fénykvantumok) áramát bocsátják ki. A fotonok száma, amely egy adott idő alatt elhagyja a lézert, a lézerfény teljesítményétől és a fotonok energiájától függ. Mivel a fény energiája fordítottan arányos a hullámhosszával (E = hf, ahol h a Planck-állandó és f a frekvencia), a különböző színű fények különböző energiájú fotonokat bocsátanak ki.

Vörös vs. zöld lézer

A vörös fény nagyobb hullámhosszal rendelkezik, mint a zöld, ami azt jelenti, hogy a vörös fény energiája alacsonyabb, mint a zöld fényé. Ha mindkét lézer ugyanazt a teljesítményt bocsátja ki, akkor az alacsonyabb energiájú fotonokból – ebben az esetben a vörösből – többnek kell elhagynia a lézert ahhoz, hogy ugyanazt a teljesítményt biztosítsák, mint a magasabb energiájú zöld fotonoknak.

A Fotonok számának meghatározása

A teljesítmény (P) egyenlő az energiaváltozással (E) osztva az idővel (t), így P = E/t. Mivel a teljesítmény állandó (0,1 mW mindkét esetben) és tudjuk, hogy a vörös fény fotonjai kevesebb energiát hordoznak, mint a zöldéi, így több vörös fotonnak kell kibocsátódniuk ahhoz, hogy ugyanazt a teljesítményt elérjék.

Konklúzió

Tehát a válasz a kérdésre, hogy melyik lézer hagyja el több foton egy másodperc alatt, egyértelműen a vörös lézer. Ez a példa remekül szemlélteti, hogy a kvantumfizika milyen meglepő és érdekes következtetésekre vezethet, még a hétköznapi eszközök, mint a lézermutatók esetében is. A fotonok száma és az általuk hordozott energia közötti összefüggés alapvető jelentőségű a kvantummechanikában, és fontos szerepet játszik a modern fizika számos területén, beleértve a lézertechnológiát, a fényképészetet, valamint a kvantuminformatikát is. Az ilyen típusú kérdések megválaszolása nem csak a fizikai ismereteket teszteli, hanem a diákok analitikus gondolkodását és problémamegoldó képességét is fejleszti.

Hasonló cikkek

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöltük