Фотонска енергија

Фотонска енергија — енергијата која ја носи еден фотон. Количеството енергија е правопропорционално на електромагнетната честота на фотонот, и со тоа обратнопропорционална на брановата должина. Фонотот со повисока феквенција има повисока енергија, а оној со помала брановата должина има помала.

Енергијата на фотонот може да се изрази со било која единица за енергија. Меѓу нив најчести се електронволтот (eV) и џулот (како и неговите содржатели како микроџулот). Бидејќи еден џул е еднаков на 6,24 × 10¹⁸ eV, поголемите единици се покорисни за изразување на енергиите на фотони со поголема честота и енергија како гама-зраците, наспроти понискоенергетските фотони како оние во оптичките и радиофреквенциски подрачја на електромагнетниот спектар.

Формули

Физика

Фотонската енергија правопропорционална на честотата.^[1]

$${\displaystyle E=hf}$$ при што

• ${\displaystyle E}$ е енергијата
• ${\displaystyle h}$ е Планковата константа
• ${\displaystyle f}$ е честотата

Оваа равенка се нарекува Планк-Ајнштајнов однос.

Покрај тоа, $${\displaystyle E={\frac {hc}{\lambda }}}$$ при што

• E е фотонската енергија
• λ е брановата должина на фотонот
• c е брзина на светлината во вакуум
• h е Планковата константа

Фотонската енергија при 1 Hz е еднаква на 6,62607015 × 10⁻³⁴ J

Тоа е еднакво на 4,135667697 × 10⁻¹⁵ eV

Електронволт

Енергијата честопати се изразува во електронволти.

За да се најде фотонската енергија во електронволти користејќи ја брановата должина во микрометри, равенката приближно би гласела

${\displaystyle E{\text{ (eV)}}={\frac {1,2398}{\lambda {\text{ (μm)}}}}}$

Равенката важи само ако брановата должина е изразена во микрометри.

Фотонската енергија при бранова должина од 1 μм (брановата должина на близуинфрацрвеното зрачење) изнесува приближно 1,2398 eV.

Во хемијата, квантната физика и оптичката техника

Во книгата „Вовед во совемената ксосмологија“ на Ејдрју Лидл се вели:^[2] $${\displaystyle E=h{\nu }}$$ при што

• E е фотонската енергија (во џули)
• h е Планковата константа
• Грчката буква ν (ну) е честотата на фотонот.

Примери

FM-радиостаница која емитува на 100 MHz оддава фотони со енергија од околу 4,1357 × 10⁻⁷ eV. Ова крајно мало количество енергија е околу 8 × 10⁻¹³ поголемо од масата на електронот (преку еднаквоста на масата и енергијата).

Гама-зраците со многу висока енергија имаат фотонски енергии од 100 GeV до преку 1 PeV (10¹¹ - 10¹⁵ електронволти) или од 16 наноџули до 160 микроџули.^[3] Ова одна честоти од 2,42 × 10²⁵ to 2,42 × 10²⁹ Hz.

За време на фотосинтезата, извесни хлорофилни молекули впиваат црвеносветлиснки фотони при бранова должина од 700 нм во фотосистемот I, што одовара на енергија од ≈ 2 eV ≈ 3 × 10⁻¹⁹ J ≈ 75 k_BT по фотон, каде k_BT ја означува топлинската енергија. ПОтребни се најмалку 48 фотони за синтеза на една молекула гликоза од CO₂ и вода (разлика во хемискиот потенцијал од 5 × 10⁻¹⁸ J) со најголема достижна делотворност на енергетското претворање од 35 %.

Поврзано

• Фотон
• Електромагнетно зрачење
• Електромагнетен спектар
• Планкова константа