Калькулятор энергии фотона

Калькулятор энергии фотона позволяет рассчитать энергию, переносимую одним квантом света (фотоном), на основе его длины волны или частоты с помощью знаменитого уравнения Макса Планка и Альберта Эйнштейна: E = hf = hc/λ. Инструмент выдает результат как в джоулях, так и в электронвольтах (эВ), вычисляет соответствующие значения частоты и длины волны, показывает энергию на моль фотонов для химических расчетов, а также наглядно размещает фотон на шкале электромагнитного спектра, определяя его точный цвет, если он попадает в диапазон видимого излучения.

Что такое энергия фотона?

Свет состоит из крошечных неделимых порций (квантов) энергии, называемых фотонами. Каждый фотон обладает строго определенным количеством энергии, которое зависит исключительно от его частоты (или, что то же самое, длины волны), но никак не связано с интенсивностью (яркостью) света. Более яркий луч просто содержит в себе большее количество фотонов, однако каждый отдельный фотон несет в себе всё ту же фиксированную энергию. Это представление о квантовании энергии света, заложенное Максом Планком и Альбертом Эйнштейном, легло в основу квантовой физики и позволило объяснить такие явления, как фотоэффект.

Формула энергии фотона

Существует два эквивалентных способа записи уравнения для расчета энергии фотона, которые связаны между собой волновым соотношением c = fλ:

где:

• E — энергия фотона (джоули, Дж)
• h — постоянная Планка = 6.62607015 × 10⁻³⁴ Дж·с
• f — частота излучения (герцы, Гц)
• c — скорость света в вакууме = 2.99792458 × 10⁸ м/с
• λ — длина волны (метры, м)

Чтобы перевести полученное значение в электронвольты, необходимо разделить энергию в джоулях на 1.602176634 × 10⁻¹⁹ Дж/эВ. Для быстрого оценочного расчета в области видимого света удобно использовать практичное упрощенное соотношение: E (эВ) ≈ 1240 / λ (нм), которое выводится напрямую из значения произведения hc, выраженного в эВ·нм.

Электромагнитный спектр

Энергия фотона возрастает по мере уменьшения длины волны. В таблице ниже приведены основные диапазоны электромагнитного излучения, расположенные по порядку от самой низкой энергии (радиоволны) до самой высокой (гамма-лучи):

Энергия фотонов для распространенных источников излучения

Почему важна энергия фотона

Как пользоваться этим калькулятором

1. Выберите известные данные: укажите «Длина волны», «Частота» или «Энергия» в первом выпадающем списке.
2. Введите значение и выберите единицу измерения: введите число и укажите нужную единицу (нм, мкм, ГГц, ТГц, эВ и др.).
3. Нажмите «Рассчитать»: калькулятор мгновенно применит формулу E = hf = hc/λ и автоматически переведет результат во все доступные физические единицы.
4. Изучите результаты: ознакомьтесь с энергией в джоулях и эВ, энергией на моль вещества, положением кванта на шкале спектра, а также с его реальным цветом (если он лежит в границах видимости).

Часто задаваемые вопросы

Какова формула энергии фотона?

Энергия фотона рассчитывается по формуле E = hf, где h — постоянная Планка (6.62607015 × 10⁻³⁴ Дж·с), а f — частота. Поскольку скорость света c равна произведению частоты на длину волны, это эквивалентно формуле E = hc / λ, что позволяет рассчитывать энергию напрямую и через длину волны.

Как перевести энергию фотона из джоулей в электронвольты?

Разделите энергию в джоулях на 1.602176634 × 10⁻¹⁹ — количество джоулей в одном электронвольте. Например, фотон с энергией 3.06 × 10⁻¹⁹ Дж имеет энергию около 1.91 эВ, что характерно для фотона красного света.

Какова энергия фотона видимого света?

Видимый свет охватывает диапазон примерно от 380 нм (фиолетовый) до 750 нм (красный). Фиолетовые фотоны обладают энергией около 3.3 эВ, зеленые — около 2.4 эВ, а красные — около 1.7 эВ. В джоулях это величины порядка от 3 до 5 × 10⁻¹⁹ Дж на один фотон.

Означает ли более короткая длина волны большую энергию?

Да. Энергия фотона обратно пропорциональна длине волны (E = hc / λ), поэтому более короткие длины волн несут больше энергии. Гамма-лучи и рентгеновские лучи имеют очень короткую длину волны и очень высокую энергию, в то время как радиоволны имеют большую длину волны и очень низкую энергию.

Что такое энергия на моль фотонов?

Умножьте энергию одного фотона в джоулях на число Авогадро (6.022 × 10²³), чтобы получить энергию одного моля фотонов, которую часто называют эйнштейном. Деление на 1000 дает килоджоули на моль, что удобно для фотохимии. Красный свет с длиной волны 650 нм обладает энергией около 184 кДж/моль.

Когда фотон становится ионизирующим излучением?

Фотоны с энергией выше примерно 10 эВ могут выбивать электроны из атомов и считаются ионизирующими. Сюда относятся дальний ультрафиолет, рентгеновское и гамма-излучение. Видимый свет, инфракрасное излучение, микроволны и радиоволны являются неионизирующими, так как их энергия гораздо ниже этого порога.

Дополнительные ресурсы

• Энергия фотона — Wikipedia
• Постоянная Планка — Wikipedia
• Электромагнитный спектр — Wikipedia