Энергия фотона - это энергия, переносимая одиночным фотоном . Количество энергии прямо пропорционально электромагнитной частоте фотона и, таким образом, эквивалентно обратно пропорционально длине волны . Чем выше частота фотона, тем выше его энергия. Точно так же, чем длиннее длина волны фотона, тем меньше его энергия.
Энергию фотона можно выразить с помощью любых единиц энергии . Среди единиц, обычно используемых для обозначения энергии фотона, - электронвольт (эВ) и джоуль (а также его кратные величины, такие как микроджоуль). Как один джоуль равен 6,24 × 10 18 эВ, более крупные блоки могут быть более полезными в обозначении энергии фотонов с более высокой частотой и высокой энергией, такие как гамма - лучи , в отличие от более низкой энергии фотонов, таких как те , в радиочастотной области от электромагнитного спектра .
Формула [ править ]
Уравнение для энергии фотонов [1] является
Где E - энергия фотона, h - постоянная Планка , c - скорость света в вакууме, а λ - длина волны фотона. Поскольку h и c являются константами , энергия фотона E изменяется обратно пропорционально длине волны λ .
Чтобы найти энергию фотона в электронвольтах, используя длину волны в микрометрах , уравнение приблизительно равно
Следовательно, энергия фотона на длине волны 1 мкм, длина волны ближнего инфракрасного излучения, составляет приблизительно 1,2398 эВ.
Поскольку , где f - частота, уравнение энергии фотона можно упростить до
Это уравнение известно как соотношение Планка-Эйнштейна . Подстановка h на его значение в Джс и f на его значение в герцах дает энергию фотона в джоулях. Следовательно, энергия фотона на частоте 1 Гц составляет 6,62606957 × 10 -34 джоулей или 4,135667516 × 10 -15 эВ.
В химии и оптической инженерии ,
где h - постоянная Планка, а греческая буква ν ( ню ) - частота фотона . [2]
Примеры [ править ]
FM - радио станция осуществляет передачу на 100 МГц испускает фотоны с энергией около 4,1357 × 10 -7 эВ. Это ничтожное количество энергии примерно в 8 × 10 -13 раз больше массы электрона (через эквивалентность массы и энергии).
Гамма-лучи очень высоких энергий имеют энергию фотонов от 100 ГэВ до 100 ТэВ (от 10 11 до 10 14 электронвольт) или от 16 наноджоулей до 16 микроджоулей. Это соответствует частотам от 2,42 × 10 25 до 2,42 × 10 28 Гц.
Во время фотосинтеза определенные молекулы хлорофилла поглощают фотоны красного света на длине волны 700 нм в фотосистеме I , что соответствует энергии каждого фотона ≈ 2 эВ ≈ 3 x 10 −19 Дж ≈ 75 k B T, где k B T обозначает тепловую энергию. Минимум 48 фотонов необходимо для синтеза одной молекулы глюкозы из CO 2 и воды (разность химических потенциалов 5 x 10 −18 Дж) с максимальной эффективностью преобразования энергии 35%.
См. Также [ править ]
- Фотон
- Электромагнитное излучение
- Электромагнитный спектр
- Постоянная Планка и единицы Планки
- Соотношение Планка – Эйнштейна
- Мягкий фотон
Ссылки [ править ]
- ^ "Энергия фотона" . Сеть фотоэлектрического образования, pveducation.org. Архивировано из оригинала на 2016-07-12 . Проверено 21 июня 2015 .
- ↑ Эндрю Лиддл (27 апреля 2015 г.). Введение в современную космологию . Джон Вили и сыновья. п. 16. ISBN 978-1-118-69025-3.
