Фотонска енергија

Фотонска енергија — енергијата која ја носи еден фотон. Количеството енергија е правопропорционално на електромагнетната честота на фотонот, и со тоа обратнопропорционална на брановата должина. Фонотот со повисока феквенција има повисока енергија, а оној со помала брановата должина има помала.

Енергијата на фотонот може да се изрази со било која единица за енергија. Меѓу нив најчести се електронволтот (eV) и џулот (како и неговите содржатели како микроџулот). Бидејќи еден џул е еднаков на 6,24 × 10¹⁸ eV, поголемите единици се покорисни за изразување на енергиите на фотони со поголема честота и енергија како гама-зраците, наспроти понискоенергетските фотони како оние во оптичките и радиофреквенциски подрачја на електромагнетниот спектар.

Формули

Физика

Фотонската енергија правопропорционална на честотата.^[1]

$${\displaystyle E=hf}$$ при што

• ${\displaystyle E}$ е енергијата
• ${\displaystyle h}$ е Планковата константа
• ${\displaystyle f}$ е честотата

Оваа равенка се нарекува Планк-Ајнштајнов однос.

Покрај тоа, $${\displaystyle E={\frac {hc}{\lambda }}}$$ при што

• E е фотонската енергија
• λ е брановата должина на фотонот
• c е брзина на светлината во вакуум
• h е Планковата константа

Фотонската енергија при 1 Hz е еднаква на 6,62607015 × 10⁻³⁴ J

Тоа е еднакво на 4,135667697 × 10⁻¹⁵ eV

Електронволт

Енергијата честопати се изразува во електронволти.

За да се најде фотонската енергија во електронволти користејќи ја брановата должина во микрометри, равенката приближно би гласела

${\displaystyle E{\text{ (eV)}}={\frac {1,2398}{\lambda {\text{ (μm)}}}}}$

Равенката важи само ако брановата должина е изразена во микрометри.

Фотонската енергија при бранова должина од 1 μм (брановата должина на близуинфрацрвеното зрачење) изнесува приближно 1,2398 eV.

Во хемијата, квантната физика и оптичката техника

Во книгата „Вовед во совемената ксосмологија“ на Ејдрју Лидл се вели:^[2] $${\displaystyle E=h{\nu }}$$ при што

• E е фотонската енергија (во џули)
• h е Планковата константа
• Грчката буква ν (ну) е честотата на фотонот.

Примери

FM-радиостаница која емитува на 100 MHz оддава фотони со енергија од околу 4,1357 × 10⁻⁷ eV. Ова крајно мало количество енергија е околу 8 × 10⁻¹³ поголемо од масата на електронот (преку еднаквоста на масата и енергијата).

Гама-зраците со многу висока енергија имаат фотонски енергии од 100 GeV до преку 1 PeV (10¹¹ - 10¹⁵ електронволти) или од 16 наноџули до 160 микроџули.^[3] Ова одна честоти од 2,42 × 10²⁵ to 2,42 × 10²⁹ Hz.

За време на фотосинтезата, извесни хлорофилни молекули впиваат црвеносветлиснки фотони при бранова должина од 700 нм во фотосистемот I, што одовара на енергија од ≈ 2 eV ≈ 3 × 10⁻¹⁹ J ≈ 75 k_BT по фотон, каде k_BT ја означува топлинската енергија. ПОтребни се најмалку 48 фотони за синтеза на една молекула гликоза од CO₂ и вода (разлика во хемискиот потенцијал од 5 × 10⁻¹⁸ J) со најголема достижна делотворност на енергетското претворање од 35 %.

Поврзано

• Фотон
• Електромагнетно зрачење
• Електромагнетен спектар
• Планкова константа

Наводи

1. „Energy of Photon“. Photovoltaic Education Network, pveducation.org. Архивирано од изворникот на 12 јули 2016. Посетено на 21 јуни 2015.
2. Andrew Liddle (27 април 2015). An Introduction to Modern Cosmology. John Wiley & Sons. стр. 16. ISBN 978-1-118-69025-3.
3. Sciences, Chinese Academy of. „Observatory discovers a dozen PeVatrons and photons exceeding 1 PeV, launches ultra-high-energy gamma astronomy era“. phys.org (англиски). Посетено на 25 ноември 2021.