Что такое калькулятор энергии фотона?
Этот инструмент вычисляет энергию, которую переносит один фотон света. Энергия фотона зависит исключительно от его частоты (или, что то же самое, от длины волны). Введите длину волны в нанометрах либо частоту в терагерцах — и калькулятор покажет энергию фотона в джоулях и электронвольтах, а заодно соответствующие частоту и длину волны. Расчёт работает для любого участка электромагнитного спектра: радиоволн, инфракрасного и видимого излучения, ультрафиолета, рентгеновских и гамма-лучей.
Как пользоваться калькулятором
Сначала выберите, что именно вы хотите ввести — длину волны или частоту. Для видимого света длины волн лежат примерно в диапазоне от 380 нм (фиолетовый) до 700 нм (красный). Введите значение и сразу получите энергию фотона. Переключаясь между режимами, легко проследить обратную зависимость: чем короче длина волны и выше частота, тем энергичнее фотон.
Разбираем формулу
Соотношение Планка — Эйнштейна записывается как \(E = hf\), где \(h = 6{,}626 \times 10^{-34}\ \text{Дж}\cdot\text{с}\) — постоянная Планка, а \(f\) — частота в герцах. Поскольку скорость света связывает частоту и длину волны соотношением \(c = f\lambda\) (при \(c = 2{,}998 \times 10^{8}\ \text{м/с}\)), ту же энергию можно выразить и как $$E = \frac{hc}{\lambda}.$$ Чтобы перевести результат в электронвольты, энергию в джоулях делят на элементарный заряд — \(1{,}602 \times 10^{-19}\ \text{Кл}\).
Пример расчёта
Возьмём зелёный свет с длиной волны \(500\ \text{нм} = 5{,}00 \times 10^{-7}\ \text{м}\). Частота равна $$f = \frac{c}{\lambda} = \frac{2{,}998 \times 10^{8}}{5{,}00 \times 10^{-7}} \approx 5{,}996 \times 10^{14}\ \text{Гц}$$ (около 600 ТГц). Энергия составит $$E = hf = 6{,}626 \times 10^{-34} \times 5{,}996 \times 10^{14} \approx 3{,}97 \times 10^{-19}\ \text{Дж},$$ то есть примерно 2,48 эВ — типичное значение для фотонов видимого диапазона.
Частые вопросы
Почему энергия пропорциональна частоте, а не длине волны? Согласно квантовой теории свет состоит из порций (квантов), энергия которых прямо пропорциональна частоте. А так как длина волны обратно пропорциональна частоте, более короткие волны переносят больше энергии.
Какие единицы измерения использовать? Вводите длину волны в нанометрах (нм) либо частоту в терагерцах (ТГц). Калькулятор сам переведёт значения в метры и герцы.
Подходит ли расчёт для целого светового пучка? Результат — это энергия одного фотона. Чтобы узнать энергию множества фотонов, умножьте её на их количество.
