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輸入計算

數學公式

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結果

Photon Energy
2.2543
electron-volts (eV)
Green
波長 550 nm
Photon energy 3.6117E-19 J
頻率 545.08 THz
頻率(Hz) 5.4508E14 Hz

波長轉顏色與能量計算器的功能

此工具接收一束光波的波長,並同時給出兩個結果:該波長對應的可見光顏色(當波長落在可見光波段之外時,則標註為紫外或紅外),以及該光的單一光子所攜帶的光子能量,同時以電子伏特(eV)與焦耳(J)表示。它還會給出對應的頻率,方便你交叉核對結果。

使用方法

輸入一個波長值並選擇其單位 — 奈米(nm)、微米(µm)、埃(Å)或公尺(m)。奈米是可見光最常用的單位,人眼大約能感知 380 nm 到 750 nm 的光。送出表單後,工具會在內部將輸入換算為公尺,判定顏色波段,並計算光子能量與頻率。

公式解析

每個結果都來自三個精確關係。波長為 λ 的光,其頻率 f 等於光速 c 除以波長:

$$f = \dfrac{c}{\lambda}$$

單一光子的能量等於普朗克常數 h 乘以頻率,也可以直接用波長表示:

$$E = h f = \dfrac{h c}{\lambda}$$

將該焦耳值除以基本電荷即可換算為電子伏特。由於乘積 hc 約等於 1239.84 eV·nm,對於以奈米給出的波長,一個便捷的捷徑公式是:

$$E(\text{eV}) = \dfrac{1239.84}{\lambda\,(\text{nm})}$$

所用常數為:光速 c = 299,792,458 m/s,普朗克常數 h = 6.62607015 × 10⁻³⁴ J·s,以及 1 eV = 1.602176634 × 10⁻¹⁹ J。

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計算範例

λ = 550 nm 的綠光為例,即 550 × 10⁻⁹ m。頻率為 299,792,458 ÷ (5.5 × 10⁻⁷) ≈ 5.451 × 10¹⁴ Hz,約合 545 THz。光子能量為 (6.62607015 × 10⁻³⁴ × 299,792,458) ÷ (5.5 × 10⁻⁷) ≈ 3.612 × 10⁻¹⁹ J。除以 1.602176634 × 10⁻¹⁹ 得到約 2.254 eV。由於 550 nm 位於 500 與 565 nm 之間,因此顏色波段為綠色。

常見問題

為什麼波長越短能量越高? 光子能量與波長成反比(E = hc/λ),所以波長越小,能量越大。這就是紫外光與 X 射線比紅光或紅外光能量更高、危害也更大的原因。

顏色波段的邊界是精確的嗎? 不是。人對顏色的感知是連續的,且因人而異,因此可見光譜的邊緣(約 380 nm 和 750 nm)以及紫、藍、青、綠、黃、橙、紅之間的劃分都是約定俗成的近似值,而非明確的物理界限。

如果我的波長在 380–750 nm 之外會怎樣? 工具仍會計算頻率和光子能量,並將該光標註為紫外(約 380 nm 以下)或紅外(約 750 nm 以上),因為這些波長是真實存在的光,只是人眼看不見。

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