Photonenenergie-Rechner

Über die Photonenenergie

Ein Photon ist ein diskretes Quant elektromagnetischer Strahlung. Seine Energie ist direkt proportional zur Frequenz und umgekehrt proportional zur Wellenlänge. Nach der Planck-Beziehung ist die Photonenenergie das Plancksche Wirkungsquantum multipliziert mit der Frequenz. Da die Frequenz im Vakuum der Lichtgeschwindigkeit geteilt durch die Wellenlänge entspricht, lässt sich dieselbe Beziehung als Plancksches Wirkungsquantum mal Lichtgeschwindigkeit geteilt durch Wellenlänge schreiben. Dieser Rechner akzeptiert Wellenlängen in Nanometern oder Frequenzen in Terahertz und berechnet beide gleichwertigen Formen mit definierten physikalischen Konstanten. Kurze Wellenlängen entsprechen hohen Frequenzen und energiereichen Photonen. Gamma- und Röntgenstrahlen liegen am energiereichen, kurzwelligen Ende des elektromagnetischen Spektrums, während Radiowellen wesentlich geringere Photonenenergien haben. Sichtbares Licht umfasst nur einen schmalen Bereich. Ein violettes Photon bei etwa 400 Nanometern trägt mehr Energie als ein rotes bei etwa 700 Nanometern, obwohl beide im Vakuum gleich schnell sind. Die Farbe spiegelt daher Frequenz und Photonenenergie wider, nicht eine andere Ausbreitungsgeschwindigkeit im Vakuum. Joule ist die SI-Einheit der Energie, doch die Energie eines einzelnen Photons ist in Joule meist eine sehr kleine Dezimalzahl. Elektronenvolt bieten eine praktische Skala für Atomphysik, Optik und Halbleitertechnik. Ein Elektronenvolt ist die Energie, die eine Elementarladung beim Durchlaufen einer Potentialdifferenz von einem Volt gewinnt. Der Rechner teilt Joule durch den exakten Umrechnungsfaktor der Elementarladung, um Elektronenvolt anzugeben. In Spektroskopie, Photochemie und Materialforschung wird diese Einheit häufig genutzt, um Photonen mit elektronischen Energieniveaus und Bandlücken zu vergleichen. In der Chemie wird Energie oft pro Mol statt pro Teilchen beschrieben. Multipliziert man die Energie eines Photons mit der Avogadro-Konstante, erhält man Joule pro Mol, die der Rechner in Kilokalorien pro Mol umwandelt. Dadurch lässt sich absorbierte Photonenenergie leichter mit Bindungsdissoziations- und Reaktionsenergien vergleichen. Eine berechnete Photonenenergie beweist für sich allein nicht, dass eine Reaktion stattfindet: Absorptionswahrscheinlichkeit, erlaubte Übergänge, konkurrierende Relaxationswege, Quantenausbeute und molekulare Umgebung bleiben wichtig. Die Berechnung setzt Ausbreitung im Vakuum voraus und verwendet die Vakuumwellenlänge. In einem Material ist die lokale Wellenlänge kürzer, weil sich die Phasengeschwindigkeit ändert, während die Frequenz an einer Grenzfläche gleich bleibt. Bei einer innerhalb eines Mediums gemessenen Wellenlänge muss der Brechungsindex berücksichtigt werden, bevor die Vakuum-Energiebeziehung verwendet wird. Der Rechner nutzt exakte SI-Werte für Plancksches Wirkungsquantum, Lichtgeschwindigkeit, Elementarladung und Avogadro-Konstante und rundet nur die angezeigten Ergebnisse. Er eignet sich für Optik, Spektroskopie, Astronomie, Photochemie und Übungen zur Quantenphysik.

Beispiele für Photonenenergie

So berechnest du die Photonenenergie

1. Wähle als bekannte Größe die Wellenlänge in Nanometern oder die Frequenz in Terahertz.
2. Gib einen positiven Wert ein; das andere Eingabefeld wird automatisch geleert.
3. Wähle „Photonenenergie berechnen“, um die Planck-Gleichung anzuwenden.
4. Lies Wellenlänge, Frequenz, Joule, Elektronenvolt und molare Energie aus dem Ergebnis ab.

Häufig gestellte Fragen