Калькулятор энергии фотона

Энергия	3,97289E-19 Дж
Частота	599,585 ТГц

Зачем считать энергию одного фотона

Белый луч проходит через призму и разделяется на красный, зелёный и синий лучи

Два источника света могут светить с одинаковой мощностью, но энергия отдельного фотона у них будет разной. Она зависит от частоты излучения: чем выше частота и короче длина волны, тем больше энергия каждого фотона. Это число помогает оценить, например, подходит ли свет для возбуждения вещества, какой участок спектра использует лазер или как сопоставить нанометры из характеристик прибора с электронвольтами из описания материала.

Выберите, что известно: длину волны в вакууме, частоту или энергию в электронвольтах. В первых двух режимах калькулятор покажет энергию одного фотона в эВ и джоулях. Если энергия уже известна, обратный режим найдёт соответствующую длину волны и частоту. Для света в воздухе обычно используют измеренную там длину волны как близкое приближение к вакуумной, но в стекле или воде такое упрощение уже может быть заметно неточным.

Связь энергии, частоты и длины волны

Основная формула короткая: энергия E равна постоянной Планка h, умноженной на частоту f. В вакууме частота равна скорости света c, делённой на длину волны λ. Поэтому один и тот же расчёт можно начать как с частоты, так и с длины волны. Эти соотношения приведены в сводке формул OpenStax University Physics.

\displaystyle E=hf=\frac{hc}{\lambda},\qquad f=\frac{c}{\lambda}

Калькулятор использует h=6,62607015×10⁻³⁴ Дж·с и c=299 792 458 м/с. Эти значения точны по определению SI. Один электронвольт соответствует 1,602176634×10⁻¹⁹ Дж: это удобная единица для энергии отдельной частицы, а не мера напряжения источника света. Значения констант можно сверить с таблицей CODATA 2022 на сайте NIST. Калькулятор показывает до шести значащих цифр, но фактическая точность зависит от того, насколько точно известна введённая длина волны, частота или энергия.

Если вводите нанометры, перед расчётом их нужно перевести в метры: 1 нм = 10⁻⁹ м. Для частоты 1 ТГц = 10¹² Гц. Калькулятор делает эти переводы сам. Удобное приближение для быстрого счёта: E в эВ ≈ 1239,84 / λ в нм. Оно получается из точных констант, округлённых для записи в одну строку.

Примеры: от лазера до оптоволокна

🔦 Зелёный свет, 500 нм. Частота около 599,585 ТГц, энергия одного фотона около 2,47968 эВ, или 3,97289×10⁻¹⁹ Дж. Это начальный пример формы. Если взять 250 нм, энергия удвоится: именно обратная пропорциональность к длине волны лежит в основе пересчёта.

🟢 Лазер 532 нм. Один фотон несёт около 2,33053 эВ. По этому числу можно сравнить лазер с порогом поглощения материала. Но нельзя узнать мощность лазера: она зависит ещё и от того, сколько фотонов он испускает за секунду.

🔴 Красный диод, 650 нм. Энергия около 1,90745 эВ. При той же мощности диод излучает больше фотонов в секунду, чем источник с более короткой длиной волны и более энергичными фотонами. Это сравнение относится к излучённой оптической мощности, без учёта электрического КПД приборов.

🌐 Оптоволокно, 1550 нм. Для одного фотона получается около 0,799898 эВ. Здесь особенно полезен обратный режим: если в справочнике дана энергия 0,8 эВ, результат около 1549,8 нм сразу показывает, какой длине волны она соответствует в вакууме.

☀️ Ультрафиолет, 365 нм. Энергия около 3,39683 эВ. Само значение не говорит, насколько источник опасен или эффективен для конкретного процесса: важны также интенсивность, время облучения, спектр и свойства материала или ткани.

📡 Частота 600 ТГц. Это около 499,654 нм и 2,4814 эВ. Если прибор или задача дают частоту вместо длины волны, выберите соответствующий режим, не пересчитывая терагерцы в герцы вручную.

Где заканчивается этот расчёт

Формула E=hf относится к одному фотону с заданной частотой. Общая энергия луча равна сумме энергий всех его фотонов. Например, для монохроматического света за время t можно связать мощность P и число фотонов N через Pt≈NE. Без мощности или числа фотонов калькулятор не может сказать, сколько энергии передал целый пучок. При источнике с широким спектром единственной энергии фотона тоже нет: разные частоты дают разные значения.

В веществе свет распространяется медленнее, чем в вакууме. Его частота при переходе границы сохраняется, а длина волны меняется. Если известна именно длина волны внутри стекла или воды, подставлять её прямо в hc/λ с вакуумной скоростью c нельзя. Используйте частоту или вакуумную длину волны. Этот нюанс не мешает расчёту дифракционного предела объектива, где тоже вводят длину волны света, но результатом служит размер дифракционного пятна, а не энергия фотона.

В задачах о фотоэффекте сравнивают энергию фотона с работой выхода конкретного материала. Если фотон энергии E поглощается и выбивает электрон, максимальная кинетическая энергия электрона в простейшей модели равна E минус работа выхода. Калькулятор показывает только E: порог материала здесь не вводится, поэтому делать вывод «фотоэффект будет» по одному результату нельзя. Для остальных электромагнитных волн формулы те же, но привычные единицы ввода нм и ТГц особенно удобны в оптике.

Вопросы об энергии фотона

Короткие ответы помогут выбрать исходную величину и не спутать энергию частицы с мощностью всего источника.

Как найти энергию фотона по длине волны?

Укажите длину волны в вакууме в нанометрах. Калькулятор переведёт её в метры и применит E=hc/λ. Например, при 500 нм получится около 2,47968 эВ, или 3,97289×10⁻¹⁹ Дж.

Как найти энергию по частоте?

Выберите режим «Частота» и введите значение в терагерцах. Энергия вычисляется как E=hf. Например, 600 ТГц соответствуют приблизительно 2,4814 эВ.

Сколько джоулей в одном электронвольте?

Ровно 1,602176634×10⁻¹⁹ Дж. Электронвольт удобен для энергий отдельных фотонов и частиц; калькулятор показывает обе единицы для одного и того же результата.

Можно ли по энергии узнать длину волны?

Да. Выберите режим «Энергия», введите число электронвольт и получите вакуумную длину волны в нанометрах. Для 1 эВ она равна приблизительно 1239,84 нм.

Почему при меньшей длине волны энергия больше?

В вакууме частота равна c/λ. Энергия E=hf, поэтому при постоянной скорости света сокращение длины волны увеличивает частоту и энергию одного фотона.

Подойдёт ли длина волны, измеренная в воде или стекле?

Нет, не напрямую. В среде частота фотона сохраняется, а длина волны меняется. Для формулы с вакуумной скоростью света введите вакуумную длину волны или используйте режим частоты.

Энергия фотона равна энергии всего светового луча?

Нет. Результат относится к одному фотону. Общая энергия луча зависит от количества фотонов; чтобы найти её за заданное время, нужна мощность источника или поток фотонов.

Достаточно ли энергии фотона, чтобы предсказать фотоэффект?

Для проверки порога нужно знать работу выхода конкретного материала. Энергия фотона должна быть не меньше неё, а реальный результат может зависеть и от других условий эксперимента.

Есть что добавить?

Напишите своё мнение, комментарий или предложение.