Photonenenergie-Rechner

Der Photonenenergie-Rechner berechnet die Energie eines einzelnen Lichtphotons entweder aus seiner Wellenlänge oder seiner Frequenz unter Verwendung der berühmten Formel E = hf = hc/λ. Er gibt die Energie sowohl in Joule als auch in Elektronenvolt (eV) aus, liefert die dazu passende Frequenz und Wellenlänge, zeigt die Energie pro Mol Photonen für die Chemie an und ordnet das Photon visuell in ein elektromagnetisches Spektrum ein – wobei sogar seine tatsächliche Farbe sichtbar wird, wenn es in den Bereich des sichtbaren Lichts fällt.

Was ist Photonenenergie?

Licht besteht aus winzigen Energiepaketen, den sogenannten Photonen. Jedes Photon transportiert eine feste Energiemenge, die ausschließlich von seiner Frequenz (oder entsprechend von seiner Wellenlänge) abhängt – nicht davon, wie hell das Licht ist. Ein hellerer Strahl enthält lediglich mehr Photonen; jedes einzelne Photon trägt jedoch immer noch die gleiche Energie. Diese von Max Planck und Albert Einstein eingeführte Quantelung der Lichtenergie ist ein Eckpfeiler der Quantenphysik und erklärt Phänomene wie den photoelektrischen Effekt.

Formel für die Photonenenergie

Es gibt zwei gleichwertige Möglichkeiten, die Gleichung für die Photonenenergie aufzuschreiben, die durch die Wellenbeziehung c = fλ miteinander verknüpft sind:

wobei:

• E — Photonenenergie (Joule, J)
• h — Plancksche Konstante = 6,62607015 × 10⁻³⁴ J·s
• f — Frequenz (Hertz, Hz)
• c — Lichtgeschwindigkeit = 2,99792458 × 10⁸ m/s
• λ — Wellenlänge (Meter, m)

Um das Ergebnis in Elektronenvolt auszudrücken, teilen Sie die Energie in Joule durch 1,602176634 × 10⁻¹⁹ J/eV. Eine nützliche und leicht zu merkende Abkürzung lautet E (eV) ≈ 1240 / λ (nm), was sich direkt aus der in eV·nm ausgedrückten Größe hc ergibt.

Das elektromagnetische Spektrum

Die Photonenenergie steigt mit abnehmender Wellenlänge. Die folgende Tabelle zeigt die Hauptbereiche von der niedrigsten Energie (Radio) bis zur höchsten (Gammastrahlen):

Photonenenergie gängiger Lichtquellen

Warum Photonenenergie wichtig ist

So nutzen Sie diesen Rechner

1. Wählen Sie aus, was Sie wissen: Wählen Sie Wellenlänge, Frequenz oder Energie aus dem ersten Dropdown-Menü.
2. Wert und Einheit eingeben: Geben Sie Ihre Zahl ein und wählen Sie die passende Einheit (nm, µm, GHz, THz, eV und mehr).
3. Auf Berechnen klicken: Das Tool wendet E = hf = hc/λ an und rechnet das Ergebnis sofort in alle Einheiten um.
4. Ergebnisse überprüfen: Lesen Sie die Energie in Joule und eV, die Energie pro Mol, die Position im Spektrum sowie die sichtbare Farbe ab, falls das Photon im sichtbaren Bereich liegt.

Häufig gestellte Fragen

Wie lautet die Formel für die Photonenenergie?

Die Photonenenergie ist E = hf, wobei h das Plancksche Wirkungsquantum (6,62607015 × 10⁻³⁴ J·s) und f die Frequenz ist. Da die Lichtgeschwindigkeit c gleich Frequenz mal Wellenlänge ist, entspricht dies E = hc / λ, sodass Sie die Energie auch direkt aus der Wellenlänge berechnen können.

Wie rechne ich die Photonenenergie von Joule in Elektronenvolt um?

Teilen Sie die Energie in Joule durch 1,602176634 × 10⁻¹⁹, die Anzahl der Joule in einem Elektronenvolt. Beispielsweise hat ein Photon mit 3,06 × 10⁻¹⁹ J eine Energie von etwa 1,91 eV, was einem typischen Photon des roten Lichts entspricht.

Welche Energie hat ein Photon des sichtbaren Lichts?

Sichtbares Licht reicht von etwa 380 nm (Violett) bis 750 nm (Rot). Violette Photonen haben etwa 3,3 eV, grüne etwa 2,4 eV und rote etwa 1,7 eV. In Joule liegen diese im Bereich von 3 bis 5 × 10⁻¹⁹ J pro Photon.

Bedeutet eine kürzere Wellenlänge mehr Energie?

Ja. Die Photonenenergie ist umgekehrt proportional zur Wellenlänge (E = hc / λ), sodass kürzere Wellenlängen mehr Energie tragen. Gammastrahlen und Röntgenstrahlen haben sehr kurze Wellenlängen und eine sehr hohe Energie, während Radiowellen lange Wellenlängen und eine sehr geringe Energie haben.

Was ist die Energie pro Mol Photonen?

Multiplizieren Sie die Energie eines einzelnen Photons in Joule mit der Avogadro-Konstante (6,022 × 10²³), um die Energie eines Mols Photonen zu erhalten, oft als Einstein bezeichnet. Das Teilen durch 1000 ergibt Kilojoule pro Mol, was für die Photochemie praktisch ist. Rotes Licht bei 650 nm entspricht etwa 184 kJ/mol.

Wann wird ein Photon zu ionisierender Strahlung?

Photonen mit einer Energie von über etwa 10 eV können Elektronen aus Atomen herauslösen und gelten als ionisierend. Dazu gehören das ferne Ultraviolett, Röntgenstrahlen und Gammastrahlen. Sichtbares Licht, Infrarot, Mikrowellen und Radiowellen sind nicht-ionisierend, da ihre Energie weit unter dieser Schwelle liegt.

Zusätzliche Ressourcen

• Photonenenergie - Wikipedia
• Plancksches Wirkungsquantum - Wikipedia
• Elektromagnetisches Spektrum - Wikipedia