Kalkulator Energii Fotonu

Kalkulator Energii Fotonu pozwala obliczyć energię przenoszoną przez pojedynczy foton światła na podstawie jego długości fali lub częstotliwości, korzystając ze słynnej zależności E = hf = hc/λ. Zwraca on wartość energii zarówno w dżulach, jak i elektronowoltach (eV), podaje odpowiadającą im częstotliwość i długość fali, wyświetla energię na mol fotonów na potrzeby chemii, a także umieszcza foton na wizualnym widmie elektromagnetycznym — pokazując nawet jego rzeczywisty kolor, gdy znajduje się w zakresie widzialnym.

Czym jest energia fotonu?

Światło składa się z maleńkich paczek energii zwanych fotonami. Każdy foton niesie określoną ilość energii, która zależy wyłącznie od jego częstotliwości (lub odpowiednio od jego długości fali) — nie zaś od jasności światła. Jaśniejszy strumień zawiera po prostu więcej fotonów; każdy z nich z osobna wciąż niesie taką samą energię. Kwantyzacja energii światła, wprowadzona przez Maxa Plancka i Alberta Einsteina, stanowi fundament fizyki kwantowej i wyjaśnia zjawiska takie jak efekt fotoelektryczny.

Wzór na energię fotonu

Istnieją dwa równoważne sposoby zapisu równania na energię fotonu, powiązane zależnością falową c = fλ:

gdzie:

• E — energia fotonu (dżule, J)
• h — stała Plancka = 6,62607015 × 10⁻³⁴ J·s
• f — częstotliwość (herce, Hz)
• c — prędkość światła = 2,99792458 × 10⁸ m/s
• λ — długość fali (metry, m)

Aby wyrazić wynik w elektronowoltach, należy podzielić energię w dżulach przez 1,602176634 × 10⁻¹⁹ J/eV. Wygodnym i wartym zapamiętania skrótem jest zależność E (eV) ≈ 1240 / λ (nm), która wynika bezpośrednio z wartości hc wyrażonej w eV·nm.

Widmo elektromagnetyczne

Energia fotonu rośnie wraz ze spadkiem długości fali. Poniższa tabela przedstawia główne zakresy od najniższej energii (fale radiowe) do najwyższej (promieniowanie gamma):

Energia fotonu dla powszechnych źródeł światła

Dlaczego energia fotonu ma znaczenie

Jak korzystać z tego kalkulatora

1. Wybierz to, co znasz: wybierz Długość fali, Częstotliwość lub Energię z pierwszej listy rozwijanej.
2. Wprowadź wartość i jednostkę: wpisz swoją liczbę i wybierz odpowiednią jednostkę (nm, µm, GHz, THz, eV i inne).
3. Kliknij Oblicz: narzędzie zastosuje wzór E = hf = hc/λ i przeliczy dane na wszystkie jednostki jednocześnie.
4. Przejrzyj swoje wyniki: odczytaj energię w dżulach i eV, energię na mol, pozycję w widmie oraz rzeczywisty kolor, jeśli foton mieści się w zakresie widzialnym.

Najczęściej zadawane pytania

Jaki jest wzór na energię fotonu?

Energia fotonu to E = hf, gdzie h to stała Plancka (6,62607015 × 10⁻³⁴ J·s), a f to częstotliwość. Ponieważ prędkość światła c jest równa częstotliwości pomnożonej przez długość fali, jest to równoważne wzorowi E = hc / λ, co pozwala obliczyć energię również bezpośrednio z długości fali.

Jak przeliczyć energię fotonu z dżuli na elektronowolty?

Podziel energię w dżulach przez 1,602176634 × 10⁻¹⁹, czyli liczbę dżuli w jednym elektronowolcie. Na przykład foton o energii 3,06 × 10⁻¹⁹ J ma energię około 1,91 eV, co jest typowe dla fotonu światła czerwonego.

Jaka jest energia fotonu światła widzialnego?

Światło widzialne obejmuje zakres od około 380 nm (fiolet) do 750 nm (czerwień). Fotony fioletowe niosą energię około 3,3 eV, zielone około 2,4 eV, a czerwone około 1,7 eV. W dżulach są to wartości rzędu 3 do 5 × 10⁻¹⁹ J na foton.

Czy krótsza długość fali oznacza większą energię?

Tak. Energia fotonu jest odwrotnie proporcjonalna do długości fali (E = hc / λ), więc krótsze długości fal niosą większą energię. Promieniowanie gamma i rentgenowskie mają bardzo krótkie długości fal i bardzo wysoką energię, podczas gdy fale radiowe mają długie długości fal i bardzo niską energię.

Jaka jest energia na mol fotonów?

Pomnóż energię pojedynczego fotonu w dżulach przez liczbę Avogadra (6,022 × 10²³), aby uzyskać energię jednego mola fotonów, często nazywaną einsteinem. Podział przez 1000 daje kilodżule na mol, co jest wygodne w fotochemii. Światło czerwone o długości fali 650 nm ma energię około 184 kJ/mol.

Kiedy foton staje się promieniowaniem jonizującym?

Fotony o energii powyżej około 10 eV mogą wybijać elektrony z atomów i są uważane za jonizujące. Obejmuje to daleki nadfiolet, promieniowanie rentgenowskie i promieniowanie gamma. Światło widzialne, podczerwień, mikrofale i fale radiowe są niejonizujące, ponieważ ich energia znajduje się daleko poniżej tego progu.

Dodatkowe źródła

• Energia fotonu — Wikipedia
• Stała Plancka — Wikipedia
• Widmo elektromagnetyczne — Wikipedia