Энергия фотона — это энергия , переносимая одним фотоном . Количество энергии прямо пропорционально электромагнитной частоте фотона 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. электромагнитный спектр .
Энергия фотона прямо пропорциональна частоте. [1]
Это уравнение известно как соотношение Планка–Эйнштейна .
Кроме того,
Энергия фотона на частоте 1 Гц равна 6,62607015 × 10 −34 Дж.
Это равно 4,135667697 × 10 −15 эВ .
Энергия фотона часто измеряется в электронвольтах. Чтобы найти энергию фотона в электронвольтах, используя длину волны в микрометрах , уравнение приблизительно имеет вид
поскольку eVm [3] где h — постоянная Планка , c — скорость света в м/сек, а e — заряд электрона .
Энергия фотонов ближнего инфракрасного излучения на длине волны 1 мкм составляет примерно 1,2398 эВ.
FM - радиостанция , передающая на частоте 100 МГц , излучает фотоны с энергией около 4,1357 × 10 −7 эВ. Это ничтожное количество энергии примерно в 8 × 10 -13 раз превышает массу электрона (посредством эквивалентности массы и энергии).
Гамма-лучи очень высоких энергий имеют энергию фотонов от 100 ГэВ до более 1 ПэВ (от 10 11 до 10 15 электронвольт) или от 16 наноджоулей до 160 микроджоулей. [4] Это соответствует частотам от 2,42 × 10 25 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 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 потенциалов 5 × 10 -18 Дж) с максимальной эффективностью преобразования энергии 35%.
