光子能量計算機

光子能量計算機可依波長或頻率，使用著名關係式 E = hf = hc/λ 計算單一光子所攜帶的能量。結果同時以焦耳與電子伏特 (eV) 呈現，並給出對應的頻率與波長、化學上常用的一莫耳光子能量，並將光子標示在視覺化電磁波譜上——若落在可見光範圍，還會顯示其真實顏色。

什麼是光子能量？

光由稱為光子的微小能量包組成。每個光子攜帶的能量只取決於其頻率（或等價的波長），與光的亮度無關。光束越亮只代表光子數量更多；每個光子本身的能量仍相同。這種由普朗克與愛因斯坦提出的光能量量子化，是量子物理的基石，並能解釋光電效應等現象。

光子能量公式

光子能量方程有兩種等價寫法，由波動關係 c = fλ 相連：

其中：

• E — 光子能量（焦耳，J）
• h — 普朗克常數 = 6.62607015 × 10⁻³⁴ J·s
• f — 頻率（赫茲，Hz）
• c — 光速 = 2.99792458 × 10⁸ m/s
• λ — 波長（公尺，m）

若要以電子伏特表示答案，將焦耳能量除以 1.602176634 × 10⁻¹⁹ J/eV。一個實用的速算公式是 E (eV) ≈ 1240 / λ (nm)，它直接來自以 eV·nm 表示的 hc。

電磁波譜

波長越短，光子能量越高。下表列出從最低能量（無線電波）到最高能量（伽瑪射線）的主要波段：

常見光源的光子能量

為什麼光子能量很重要

如何使用本計算機

1. 選擇已知量：在第一個下拉選單中選擇波長、頻率或能量。
2. 輸入數值與單位：輸入數字並選擇對應單位（nm、µm、GHz、THz、eV 等）。
3. 點擊計算：工具會套用 E = hf = hc/λ，並一次轉換成所有單位。
4. 查看結果：讀取以焦耳與 eV 表示的能量、每莫耳能量、在波譜上的位置，以及（若落在可見光範圍）可見光顏色。

常見問題

光子能量的公式是什麼？

光子能量為 E = hf，其中 h 為普朗克常數（6.62607015 × 10⁻³⁴ J·s），f 為頻率。因光速 c 等於頻率乘以波長，此式等價於 E = hc / λ，故也可直接由波長計算能量。

如何將光子能量從焦耳換算成電子伏特？

將以焦耳表示的能量除以 1.602176634 × 10⁻¹⁹（一電子伏特的焦耳數）。例如，3.06 × 10⁻¹⁹ J 的光子能量約為 1.91 eV，這是典型的紅光光子。

可見光光子的能量是多少？

可見光大約涵蓋 380 nm（紫）到 750 nm（紅）。紫光光子約 3.3 eV，綠光約 2.4 eV，紅光約 1.7 eV。以焦耳計，約為每個光子 3 到 5 × 10⁻¹⁹ J。

波長越短能量越大嗎？

是的。光子能量與波長成反比（E = hc / λ），因此波長越短能量越高。伽瑪射線與 X 射線波長極短、能量極高；無線電波波長很長、能量很低。

一莫耳光子的能量是多少？

將單一光子能量（焦耳）乘以亞佛加厥常數（6.022 × 10²³）即可得到一莫耳光子的能量，常稱為 einstein。再除以 1000 可得千焦每莫耳，便於光化學計算。650 nm 紅光約為 184 kJ/mol。

光子何時成為游離輻射？

能量大約超過 10 eV 的光子能將電子從原子中打出，被視為游離輻射。這包括遠紫外線、X 射線與伽瑪射線。可見光、紅外線、微波與無線電波因能量遠低於此閾值，屬於非游離輻射。

延伸資源

• 光子能量 - Wikipedia
• 普朗克常數 - Wikipedia
• 電磁波譜 - Wikipedia