Енергія фотона — енергія, яку переносить окремий фотон. Вона прямо пропорційна електромагнітній частоті фотона і, отже, обернено пропорційна довжині хвилі. Що вища частота фотона, то вища його енергія. Аналогічно, що більша довжина хвилі фотона, то нижча його енергія.

Енергію фотона можна виразити за допомогою будь-якої одиниці вимірювання енергії. Зазвичай для позначення енергії фотона використовують електронвольт (еВ) та джоуль (а також кратні їм, як-от мікроджоуль). Оскільки один джоуль дорівнює , для позначення енергії фотонів з вищою частотою та вищою енергією, як-от гамма-промені, можуть бути кориснішими більші одиниці, на відміну від фотонів із нижчою енергією в оптичній та радіочастотній ділянках електромагнітного спектра.

Формули

Фізика Енергія фотона прямо пропорційна частоті. де

- енергія (в джоулях у SI), - стала Планка, - частота.

Це рівняння відоме як співвідношення Планка.

Крім того, використовуючи рівняння , маємо де

E – енергія фотона λ – довжина хвилі фотона c – швидкість світла у вакуумі h – стала Планка.

Енергія фотона з частотою 1 Гц дорівнює , що дорівнює .

Електронвольт Енергію фотонів часто вимірюють в електронвольтах. Один електронвольт (еВ) у SI дорівнює рівно або, з префіксом зепто, . Рівняння для знаходження енергії фотона в електронвольтах, використовуючи довжину хвилі в мікрометрах, має приблизно такий вигляд:

з = , де h – стала Планка, c – швидкість світла, e – елементарний заряд.

Енергія фотонів ближнього інфрачервоного випромінювання на довжині хвилі 1 мкм приблизно дорівнює 1,2398 еВ.

Приклади FM-радіостанція, що передає на частоті 100 МГц, випромінює фотони з енергією близько . Ця мізерна енергія становить приблизно маси електрона (з еквівалентності маси та енергії).

мають енергію фотонів від 100 ГеВ до понад 1 ПеВ (від 1011 до 1015 електронвольт) або від 16 нДж до 160 мкДж. Це відповідає частотам від до .

Під час фотосинтезу молекули хлорофілу поглинають у фотони червоного світла з довжиною хвилі 700 нм, що відповідає енергії кожного фотона ≈ 2 еВ ≈ ≈ 75 kT. Для синтезу однієї молекули глюкози з CO2 та води (різниця хімічних потенціалів ) з максимальним коефіцієнтом корисної дії 35 % потрібно щонайменше 48 фотонів.

Див. також

Електромагнітне випромінювання Електромагнітний спектр Співвідношення Планка — Айнштайна М'які фотони

Посилання