光子能量計算機
由波長或頻率，使用普朗克方程計算光能，並將結果換算為焦耳、電子伏特與 kcal/mol。
關於光子能量
光子是電磁輻射的離散能量量子，其能量與頻率成正比、與波長成反比。普朗克關係指出，光子能量等於普朗克常數乘以頻率。由於真空中頻率等於光速除以波長，同一關係也可寫成普朗克常數乘以光速再除以波長。本計算機接受以奈米表示的波長，或以太赫茲表示的頻率，並使用已定義的物理常數計算這兩種等價形式。 短波長對應高頻率與高能量光子。伽瑪射線和X射線位於電磁波譜的高能、短波長端，而無線電波的光子能量低得多。可見光僅涵蓋很窄的範圍。接近 400 奈米的紫光光子比接近 700 奈米的紅光光子具有更多能量，儘管兩者在真空中以相同速度傳播。因此，顏色反映的是頻率與光子能量，而不是真空傳播速度的差異。 焦耳是國際單位制的能量單位，但單一光子的能量以焦耳表示時，通常是極小的小數。電子伏特為原子、光學與半導體工作提供方便的尺度。一電子伏特是一個基本電荷通過一伏特電位差時獲得的能量。計算機將焦耳值除以精確的基本電荷換算因子，得到電子伏特。光譜學、光化學與材料研究人員常使用此單位，將光子能量與電子能階及能隙比較。 化學常以每莫耳能量而非每粒子能量描述系統。將單光子能量乘以亞佛加厥常數，可得每莫耳焦耳數，計算機再換算為每莫耳千卡。這樣更容易將吸收的光子能量與鍵解離能及反應能量比較。算出的光子能量本身無法證明反應必定發生：吸收機率、允許躍遷、競爭鬆弛途徑、量子產率與分子環境仍然重要。 此計算假設光在真空中傳播，並使用真空波長。光在材料中因相速度改變，局部波長會縮短，而通過介面時頻率維持不變。若波長是在介質內量得，使用真空能量關係前必須考慮折射率。本計算機採用普朗克常數、光速、基本電荷與亞佛加厥常數的精確國際單位制數值，僅將顯示結果四捨五入。適用於光學、光譜學、天文學、光化學及量子物理練習。
光子能量範例
| 光 | 近似光子能量 |
|---|---|
| 400 nm 紫光 | 每個光子 3.10 eV |
| 550 nm 綠光 | 每個光子 2.25 eV |
| 700 nm 紅光 | 每個光子 1.77 eV |
| 300 THz 紅外光 | 每個光子 1.24 eV |
如何計算光子能量
- 選擇以奈米表示的波長，或以太赫茲表示的頻率作為已知量。
- 輸入一個正值，另一個輸入欄位會自動清除。
- 選擇「計算光子能量」，套用普朗克方程。
- 從結果讀取波長、頻率、焦耳、電子伏特與莫耳能量。
常見問題
如何由波長計算光子能量？
將普朗克常數乘以光速，再除以真空波長。使用國際單位制常數時，波長必須先換算為公尺。
為什麼波長越短，能量越高？
頻率與波長的乘積等於光速，因此波長減少時頻率增加。光子能量與頻率成正比，所以波長越短，能量越高。
什麼是電子伏特？
電子伏特是適合描述單一粒子與原子躍遷的小能量單位，精確等於 1.602176634 乘以十的負十九次方焦耳。
為什麼以 kcal/mol 表示能量？
化學家常比較一莫耳粒子或分子的能量。莫耳換算能將光子吸收與常見的鍵能及反應能連結起來。
折射率會改變光子能量嗎？
光子穿越靜止的材料介面時，頻率維持不變，因此能量也不變。波長與相速度則會在材料內改變。