光子能
光子能是單個光子攜帶的能量。 能量大小直接正比於光子的電磁頻率,因此相當於與波長成反比。光子頻率越高,能量就越高。等價地,光子波長越長,能量就越低。
光子能可用任何能量單位表示。 而在這些單位中間,常用於描述光子能的是電子伏特(eV)和焦耳(以及它的倍數,如微焦耳)。由於一焦耳等於6.24 × 1018 eV,更大的單位在描述具有更高能量和頻率光子的能量,例如伽馬射線時可能更有用,而不常用於描述較低能量光子,如電磁波譜中射頻範圍的光子。
公式
編輯物理學
編輯光子能直接正比例於頻率。[1] 其中
- 表示能量(焦耳)
- 表示普朗克常數:6.62607015 × 10−34 (m2kgs−1)
- 表示頻率(赫茲)
這個方程式也叫普朗克-愛因斯坦關係式。
另一種形式如下, 其中
1 Hz頻率下的光子能等於6.62607015 × 10−34 J
也等於4.135667697 × 10−15 eV(電子伏特)
電子伏特
編輯能量常用電子伏特計量。
此方程僅在波長以微米計算時正確。
波長1 μm(接近紅外輻射)時,光子能約為1.2398 eV。
請看[2] 其中
例子
編輯以100 MHz發射信號的調頻廣播站發射的光子含有約4.1357 × 10−7 eV能量。這非常少的能量大致是電子質量的8 × 10−13倍(通過質能關係轉換)。
超高能伽馬射線具有100 GeV至超過1 PeV(即1011至1015 電子伏特),或16納焦耳至160微焦耳的光子能。[3]這相當於2.42 × 1025至2.42 × 1029 Hz的頻率。
在光合作用中,特定的葉綠素分子在光系統 I吸收波長700 nm的紅色光光子,相當於每個光子含有≈ 2 eV ≈ 3 x 10−19 J ≈ 75 kBT的能量(這裡kBT表示單位熱能)。 要從CO2和水分子中生成一分子葡萄糖,最少需要48個光子(化學勢差5 x 10−18 J),最大能量轉換效率35%。
另請參見
編輯參考資料
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- ^ Energy of Photon. Photovoltaic Education Network, pveducation.org. [2015-06-21]. (原始內容存檔於2016-07-12).
- ^ Andrew Liddle. An Introduction to Modern Cosmology. John Wiley & Sons. 27 April 2015: 16 [2021-11-25]. ISBN 978-1-118-69025-3. (原始內容存檔於2017-02-28).
- ^ Sciences, Chinese Academy of. Observatory discovers a dozen PeVatrons and photons exceeding 1 PeV, launches ultra-high-energy gamma astronomy era. phys.org. [2021-11-25]. (原始內容存檔於2022-01-30) (英語).