Energia do fotão(português europeu) ouenergia do fóton(português brasileiro) é aenergia carregada por um únicofóton. A quantidade de energia está diretamente relacionada àfrequência e aocomprimento de ondaeletromagnética do fóton. Quanto maior for a frequência do fóton, maior a sua energia. Da mesma forma, quanto maior for o comprimento de onda do fóton, menor a sua energia.
A energia do fóton é uma função somente do comprimento de onda. Outros fatores, comointensidade da radiação, não afetam a energia do fóton. Em outras palavras, dois fótons deluz com a mesmacor e, portanto, o mesmo comprimento de onda, terão a mesma energia do fóton, mesmo se um for emitido por uma vela de cera e o outro for emitido peloSol.
A energia do fóton pode ser representada por qualquerunidade de energia. Umas das unidades mais comuns para denotar a energia do fóton éelétron-volt (eV) ejoule (bem como seus múltiplos, como microjoule). Como um joule é igual a 6,24 × 1018 eV, as unidades maiores podem ser mais úteis para denotar a energia de fótons com frequências e energias mais altas, como oraio gama, ao contrário dos fótons de menor energia, como os da região doespectro eletromagnético deradiofrequência.
Se os fótons, de fato,não possuem massa, a energia do fóton não seria relacionada àmassa através daequivalênciaE = mc2. Os únicos dois tipos de tais partículas sem massa observados são os fótons e osglúons.[1] Entretanto, o postulado de que os fótons não possuem massa é baseado na crise que resulta de outras teorias em mecânica quântica. Para que outras teorias, como ainvariância de gauge e a chamada "renormalização" sobrevivam sem considerável revisão, os fótons devem permanecer sem massa no domínio das atuais equações.[2] A alegação é contestada em outros meios.[3] Diz-se que fótons possuem massa relativística (isto é, massa resultante do movimento de um corpo material em relação a outro). Além disso, algumas hipóteses propõem que toda massa ou "massa de repouso" pode ser composta de massa relativística acumulada, secundária ao movimento, uma vez que nenhum corpo material esteja ou possa estar em "repouso" em relação a todos os campos. Nessa hipótese, assim como o movimento se torna zero, a massa também se torna zero. Por outro lado, os fótons possuem movimento e energia variável em relação à frequência e ao comprimento de onda, sugerindo que várias formas do foton têm, cada uma, equivalência de massa diferente. Assim, a equação "E = mc2" mostraria que a massa e o movimento são conceitos indissociáveis e e fundamentalmente substituíveis para toda a matéria.[4]
Aequação para a energia do fóton[5] é
OndeE é a energia do fóton,h é aconstante de Planck,c é avelocidade da luz no vácuo eλ é o comprimento de onda do fóton. Comoh ec são ambosconstantes, a energia do fóton varia diretamente em relação ao comprimento de ondaλ.
Para encontrar a energia do fóton emeV, usando o comprimento de onda emmicrômetros, a equação é aproximadamente
Portanto, a energia do fóton de comprimento de onda de 1 μm, próximo à da radiaçãoinfravermelho, é aproximadamente 1,2398 eV.
Como, ondef é a frequência, a equação da energia pode ser simplificada para
Esta equação é conhecida como arelação de Planck-Einstein. Substituindoh por seu valor em J⋅s ef por seu valor em hertz resulta na energia do fóton em joules. Portanto, a energia do fóton à frequência de 1 Hz é 6,62606957×10−34 joules ou 4,135667516×10−15 eV.
é usada ondeh é a constante de Planck e aletra gregaν (ni) é afrequência do fóton.[6]
Uma estação derádio AM que transmite a 100MHz emite fótons com uma energia em torno de 4.1357 × 10−7 eV. Essa minúscula quantidade de energia é aproximadamente 8 × 10−13 vezes aenergia equivalente à massa doelétron.
Os raios gama com a energia mais alta detectada até a data, os raios gama de altíssima energia, possuem energia do fóton de 100 GeV a 100 TeV (1011 a 1014 electronvolts) ou 0,016 microjoules a 0,016 milijoules. Isso corresponde a frequências de 2,42 × 1025 a 2,42 × 1028 Hz.
Um fóton com comprimento de onda igual aocomprimento de Planck teria uma energia em torno de 7,671 × 1028 eV ou 1,229 × 1010 joules (12,29 gigajoules). Isso equivale a aproximadamente ao montante de energia produzido pelausina a carvão com a maior capacidade instalada, a Termelétrica de Taichung, por um período de 2,25 segundos.
Durante a fotossíntese, algumas moléculas específicas de clorofila absorvem fótons de luz vermelha com comprimento de onda de 700 nm noFotossistema 1, que correspondem a uma energia de cada fóton de ≈ 2 eV ≈ 3 x 10−19 J ≈ 75 kBT, onde kBT denota a energia térmica. Um mínimo de 48 fótons são necessários para a síntese de uma molécula deglicose a partir de CO2 e água (diferença de potencial químico 5 x 10−17 J) com um coeficiente de conversão com uma eficiência de conversão energética de 35%.