Energia fotonowa - Photon energy
Energia fotonowa to energia niesiona przez pojedynczy foton . Ilość energii jest wprost proporcjonalna do częstotliwości elektromagnetycznej fotonu, a zatem, równoważnie, jest odwrotnie proporcjonalna do długości fali . Im wyższa częstotliwość fotonu, tym wyższa jest jego energia. Równoważnie im dłuższa długość fali fotonu, tym niższa jego energia.
Energia fotonu może być wyrażona za pomocą dowolnej jednostki energii . Wśród jednostek powszechnie używanych do oznaczania energii fotonów są elektronowolt (eV) i dżul (a także jego wielokrotności, takie jak mikrodżul). Jako Joule równe 6,24 x 10 18 eV, większe jednostki mogą być bardziej przydatne w wskazujący energię fotonów o wyższej częstotliwości i większej energii, na przykład promieniowanie gamma , w przeciwieństwie do niższych fotony, takich jak te w radiowej regionu w widmie elektromagnetycznym .
Formuły
Fizyka
Energia fotonu jest wprost proporcjonalna do częstotliwości.
- to energia (J)
- jest stałą Plancka : 6.62607015 × 10 -34 (m 2 kg -1 )
- to częstotliwość (Hz)
Równanie to jest znane jako relacja Plancka-Einsteina .
Dodatkowo,
- E to energia fotonowa (dżule),
- λ to długość fali fotonu (w metrach),
- c to prędkość światła w próżni - 299792458 metrów na sekundę
- h jest stałą Plancka - 6.62607015 × 10 -34 (m 2 kg -1 )
Energia fotonu przy 1 Hz jest równa 6,62607015 × 10 -34 J
Odpowiada to 4.135667697 x 10 -15 eV (elektronowolt)
Elektronowolty
Energię często mierzy się w elektronowoltach.
Aby znaleźć energię fotonów w elektronowoltach przy użyciu długości fali w mikrometrach , równanie wynosi w przybliżeniu
To równanie obowiązuje tylko wtedy, gdy długość fali jest mierzona w mikrometrach.
Energia fotonów przy długości fali 1 μm, długości fali promieniowania bliskiej podczerwieni , wynosi około 1,2398 eV.
W chemii , fizyce kwantowej i optyce ,
Widzieć
- E to energia fotonów (dżule),
- h jest stałą Plancka - 6.62607015 × 10 -34 (m 2 kg -1 )
- Grecką literą ν ( nu ) jest foton jest częstotliwość .
Przykłady
FM radiowej stacji nadawczej przy 100 MHz Wydziela fotonów o energii od około 4,1357 x 10 -7 eV. Ta maleńka ilość energii jest w przybliżeniu 8 × 10-13 razy większa od masy elektronu (poprzez równoważność masy i energii).
Bardzo wysokoenergetyczne promienie gamma mają energię fotonów od 100 GeV do ponad 1 PeV (10 11 do 10 15 elektronowoltów) lub 16 nanodżuli do 160 mikrodżuli. Odpowiada to częstotliwościom od 2,42 × 10 25 do 2,42 × 10 29 Hz.
Podczas fotosyntezy specyficzne cząsteczki chlorofilu absorbują fotony światła czerwonego o długości fali 700 nm w fotosystemie I , co odpowiada energii każdego fotonu ≈ 2 eV ≈ 3 x 10 −19 J ≈ 75 k B T, gdzie k B T oznacza energię cieplną. Do syntezy pojedynczej cząsteczki glukozy z CO 2 i wody potrzebne jest minimum 48 fotonów (różnica potencjałów chemicznych 5 x 10-18 J) z maksymalną wydajnością konwersji energii 35%
Zobacz też
- Foton
- Promieniowanie elektromagnetyczne
- Widmo elektromagnetyczne
- Stała Plancka i jednostki Plancka
- Relacja Plancka-Einsteina
- Miękki foton