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 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–Эйнштейна .
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. Чтобы найти энергию фотона в электронвольтах, используя длину волны в микрометрах , уравнение приблизительно имеет вид
поскольку =1,239 841 984 ... × 10 −6 эВ⋅м [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.
FM- радиостанция , передающая на частоте 100 МГц , излучает фотоны с энергией около4,1357 × 10 -7 эВ . Это ничтожное количество энергии составляет примерноВ 8 × 10 -13 раз больше массы электрона (через эквивалентность 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 нДж до 160 мкДж. [4] Это соответствует частотам2,42 × 10 25 Гц до2,42 × 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 потенциалов5 × 10-18 Дж ) с максимальной эффективностью преобразования энергии 35%.
