光子能量计算器
根据波长或频率，使用普朗克方程计算光能，并将结果换算为焦耳、电子伏特和 kcal/mol。
关于光子能量
光子是电磁辐射的离散能量量子。其能量与频率成正比，与波长成反比。普朗克关系指出，光子能量等于普朗克常数乘以频率。由于真空中的频率等于光速除以波长，该关系也可写为普朗克常数乘以光速再除以波长。本计算器接受以纳米为单位的波长或以太赫兹为单位的频率，并使用已定义的物理常数计算这两种等价形式。 短波长对应高频率和高能光子。伽马射线和X射线位于电磁波谱的高能、短波长一端，而无线电波的单光子能量低得多。可见光只覆盖很窄的范围。接近 400 纳米的紫光光子比接近 700 纳米的红光光子携带更多能量，尽管两者在真空中以相同速度传播。因此，颜色反映的是频率和光子能量，而不是真空中传播速度的不同。 焦耳是国际单位制的能量单位，但单个光子的能量以焦耳表示时，通常是非常小的小数。电子伏特为原子、光学和半导体工作提供了方便的尺度。一电子伏特是一个基本电荷通过一伏特电势差时获得的能量。计算器将焦耳值除以精确的基本电荷换算因子，得到电子伏特。光谱学、光化学和材料研究人员经常使用该单位，将光子能量与电子能级及带隙进行比较。 化学中常用每摩尔能量，而不是单粒子能量。将单光子能量乘以阿伏伽德罗常数，可得每摩尔焦耳数，计算器再将其换算为每摩尔千卡。这样更便于将吸收的光子能量与键解离能和反应能量进行比较。计算得到的光子能量本身不能证明反应一定发生：吸收概率、允许跃迁、竞争弛豫路径、量子产率和分子环境仍然重要。 本计算假设光在真空中传播，并使用真空波长。光进入材料后，由于相速度改变，局部波长会缩短，而通过界面时频率保持不变。若波长是在介质内部测得，应用真空能量关系前必须考虑折射率。本计算器采用普朗克常数、光速、基本电荷和阿伏伽德罗常数的精确国际单位制数值，仅对显示结果进行取舍。适用于光学、光谱学、天文学、光化学和量子物理练习。
光子能量示例
| 光 | 近似光子能量 |
|---|---|
| 400 nm 紫光 | 每个光子 3.10 eV |
| 550 nm 绿光 | 每个光子 2.25 eV |
| 700 nm 红光 | 每个光子 1.77 eV |
| 300 THz 红外光 | 每个光子 1.24 eV |
如何计算光子能量
- 选择以纳米表示的波长或以太赫兹表示的频率作为已知量。
- 输入一个正值，另一输入框会自动清空。
- 选择“计算光子能量”，应用普朗克方程。
- 从结果中读取波长、频率、焦耳、电子伏特和摩尔能量。
常见问题
如何根据波长计算光子能量？
将普朗克常数乘以光速，再除以真空波长。使用国际单位制常数时，必须先将波长换算为米。
为什么波长越短，能量越高？
频率与波长的乘积等于光速，因此波长减小时频率增大。光子能量与频率成正比，所以波长越短，能量越高。
什么是电子伏特？
电子伏特是一种较小的能量单位，适合描述单个粒子和原子跃迁。它精确等于 1.602176634 乘以十的负十九次方焦耳。
为什么要以 kcal/mol 表示能量？
化学家常比较一摩尔粒子或分子的能量。摩尔换算有助于将光子吸收与常用的化学键能和反应能联系起来。
折射率会改变光子能量吗？
光子穿过静止的材料界面时，频率保持不变，因此能量也不变。其波长和相速度会在材料内部发生变化。