Энергия фотона — это энергия, переносимая одним фотоном . Количество энергии прямо пропорционально электромагнитной частоте фотона и, таким образом, эквивалентно, обратно пропорционально длине волны . Чем выше частота фотона, тем выше его энергия. Эквивалентно, чем длиннее длина волны фотона, тем ниже его энергия.
Энергия фотона может быть выражена с помощью любой единицы энергии . Среди единиц, обычно используемых для обозначения энергии фотона, есть электронвольт (эВ) и джоуль (а также его кратные, такие как микроджоуль). Поскольку один джоуль равен6,24 × 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 .
Энергия фотона прямо пропорциональна частоте. [1]
где
Это уравнение известно как соотношение Планка .
Кроме того, используя уравнение f = c/λ , где
Энергия фотона на частоте 1 Гц равна6,626 070 15 × 10−34 Дж , что равно4,135 667 697 × 10 −15 эВ .
Энергия фотона часто измеряется в электронвольтах. Один электронвольт (эВ) равен ровно1,602 176 634 × 10 −19 Дж 3] или, используя префикс атто,0,160 217 6634 аДж в системе СИ . Чтобы найти энергию фотона в электронвольтах, используя длину волны в микрометрах , уравнение приблизительно такое:
так как =1,239 841 984 ... × 10−6 эВ⋅м [4] где h — постоянная Планка , c — скорость света , e — элементарный заряд .
Энергия фотона ближнего инфракрасного излучения при длине волны 1 мкм составляет приблизительно 1,2398 эВ.
Радиостанция FM , передающая на частоте 100 МГц , излучает фотоны с энергией около4,1357 × 10−7 эВ . Это ничтожно малое количество энергии приблизительно равноВ 8 × 10−13 раз больше массы электрона ( через эквивалентность массы и энергии).
Гамма-лучи очень высокой энергии имеют энергию фотонов от 100 ГэВ до более чем 1 ПэВ (от 10 11 до 10 15 электронвольт) или от 16 нДж до 160 мкДж. [5] Это соответствует частотам2,42 × 10 25 Гц до2,42 × 10 29 Гц .
Во время фотосинтеза определенные молекулы хлорофилла поглощают фотоны красного света с длиной волны 700 нм в фотосистеме I , что соответствует энергии каждого фотона ≈ 2 эВ ≈3 × 10−19 Дж ≈ 75 k B T , где k B T обозначает тепловую энергию . Для синтеза одной молекулы глюкозы из CO 2 и воды необходимо минимум 48 фотонов (разность химических потенциалов5 × 10−18 Дж ) с максимальной эффективностью преобразования энергии 35%.
