Фотонная энергия

Энергия фотона — это энергия, переносимая одним фотоном . фотона Количество энергии прямо пропорционально электромагнитной частоте и, следовательно, обратно пропорционально длине волны . Чем выше частота фотона, тем выше его энергия. Аналогично, чем длиннее длина волны фотона, тем ниже его энергия.

Энергию фотона можно выразить в любой единице энергии . Среди единиц, обычно используемых для обозначения энергии фотонов, — электронвольт (эВ) и джоуль (а также его кратные единицы, такие как микроджоуль). Поскольку один джоуль равен 6,24 × 10 ¹⁸ эВ , более крупные единицы могут быть более полезны для обозначения энергии фотонов с более высокой частотой и более высокой энергией, таких как гамма-лучи , в отличие от фотонов с более низкой энергией, как в оптической и радиочастотной областях электромагнитного спектра .

Формулы

Физика

Энергия фотона прямо пропорциональна частоте. ^[1]

$E=hf$ где

$E$ это энергия (обычно в джоулях ) ^[2]
$h$ Планка постоянная
$f$ частота (обычно в герцах ) ^[2]

Это уравнение известно как соотношение Планка–Эйнштейна .

Кроме того, используя уравнение f = c/λ , $E={\frac {hc}{\lambda }}$ где

E — энергия фотона
λ - длина волны фотона
с - скорость света в вакууме
h - постоянная Планка

Энергия фотона на частоте 1 Гц равна 6,626 070 15 × 10 ⁻³⁴ J , что равно 4,135 667 697 × 10 ⁻¹⁵ эВ .

Электронвольт

Энергия фотона часто измеряется в электронвольтах. Чтобы найти энергию фотона в электронвольтах, используя длину волны в микрометрах , уравнение приблизительно имеет вид

E{\text{ (eV)}}={\frac {1.2398}{\lambda {\text{ (μm)}}}}

с $hc/e$ = 1.239 841 984 ... × 10 ⁻⁶ eV⋅m ^[3] где h — постоянная Планка , c — скорость света , а e — элементарный заряд .

Энергия фотонов ближнего инфракрасного излучения на длине волны 1 мкм составляет примерно 1,2398 эВ.

Примеры

, FM- радиостанция передающая на частоте 100 МГц, излучает фотоны с энергией около 4,1357 × 10. ⁻⁷ эВ . Это ничтожное количество энергии составляет примерно 8 × 10 ⁻¹³ раз массу электрона (через эквивалентность массы и энергии).

Гамма-лучи очень высоких энергий имеют энергию фотонов от 100 ГэВ до более 1 ПэВ (10 ¹¹ до 10 ¹⁵ электронвольты) или от 16 нДж до 160 мкДж. ^[4] Это соответствует частотам 2,42 × 10 ²⁵ Гц до 2,42 × 10 ²⁹ Гц .

Во время фотосинтеза специфические молекулы хлорофилла поглощают фотоны красного света с длиной волны 700 нм в фотосистеме I , что соответствует энергии каждого фотона ≈ 2 эВ ≈ 3 × 10 ⁻¹⁹ J ≈ 75 k _B T , где k _B T обозначает тепловую энергию. и воды необходимо минимум 48 фотонов Для синтеза одной молекулы глюкозы из CO ₂ (разность химических потенциалов 5 × 10 ⁻¹⁸ J ) с максимальной эффективностью преобразования энергии 35%.

См. также

Ссылки

^ «Энергия фотона» . Сеть фотоэлектрического образования, pveducation.org.
^ Перейти обратно: ^а ^б «6.3 Как энергия связана с длиной волны излучения? | МЕТЕО 300: Основы науки об атмосфере» .
^ «Таблица фундаментальных физических констант NIST» . Проверено 27 июня 2023 г.
^ наук, Китайская Академия. «Обсерватория обнаруживает дюжину певатронов и фотонов с энергией более 1 ПэВ, запуская эру гамма-астрономии сверхвысоких энергий» . физ.орг . Проверено 25 ноября 2021 г.

[:0-1] «Энергия фотона» . Сеть фотоэлектрического образования, pveducation.org.

[psu-2] Перейти обратно: ^а ^б «6.3 Как энергия связана с длиной волны излучения? | МЕТЕО 300: Основы науки об атмосфере» .

[3] «Таблица фундаментальных физических констант NIST» . Проверено 27 июня 2023 г.

[4] наук, Китайская Академия. «Обсерватория обнаруживает дюжину певатронов и фотонов с энергией более 1 ПэВ, запуская эру гамма-астрономии сверхвысоких энергий» . физ.орг . Проверено 25 ноября 2021 г.

[1]

[2]

[3]

[4]