La energía del fotón es la energía transportada por un solo fotón . La cantidad de energía es directamente proporcional a la frecuencia electromagnética del fotón y, por lo tanto, de manera equivalente, es inversamente proporcional a la longitud de onda . Cuanto mayor sea la frecuencia del fotón, mayor será su energía. De manera equivalente, cuanto mayor sea la longitud de onda del fotón, menor será su energía.
La energía de los fotones se puede expresar utilizando cualquier unidad de energía . Entre las unidades que se utilizan habitualmente para denotar la energía de los fotones se encuentran el electronvoltio (eV) y el julio (así como sus múltiplos, como el microjulio). Como un julio equivale a6,24 × 10 18 eV , las unidades más grandes pueden ser más útiles para denotar la energía de fotones con mayor frecuencia y mayor energía, como los rayos gamma , a diferencia de los fotones de menor energía como en las regiones ópticas y de radiofrecuencia del espectro electromagnético .
La energía del fotón es directamente proporcional a la frecuencia. [1]
dónde
Esta ecuación se conoce como la relación de Planck .
Además, utilizando la ecuación f = c/λ , donde
La energía del fotón a 1 Hz es igual a6.626 070 15 × 10 −34 J , que es igual a4,135 667 697 × 10 −15 eV .
La energía de los fotones se mide a menudo en electronvoltios. Un electronvoltio (eV) es exactamente1.602 176 634 × 10 −19 J 3] o, utilizando el prefijo atto,0,160 217 6634 aJ , en el sistema SI . Para hallar la energía del fotón en electronvoltios utilizando la longitud de onda en micrómetros , la ecuación es aproximadamente
desde =1.239 841 984 ... × 10 −6 eV⋅m [4] donde h es la constante de Planck , c es la velocidad de la luz y e es la carga elemental .
La energía del fotón de la radiación infrarroja cercana a una longitud de onda de 1 μm es de aproximadamente 1,2398 eV.
Una estación de radio FM que transmite a 100 MHz emite fotones con una energía de aproximadamente4,1357 × 10 −7 eV . Esta minúscula cantidad de energía es aproximadamente8 × 10 −13 veces la masa del electrón (a través de la equivalencia masa-energía).
Los rayos gamma de muy alta energía tienen energías de fotones de 100 GeV a más de 1 PeV (10 11 a 10 15 electronvoltios) o 16 nJ a 160 μJ. [5] Esto corresponde a frecuencias de2,42 × 10 25 Hz a2,42 × 10 29 Hz .
Durante la fotosíntesis , moléculas específicas de clorofila absorben fotones de luz roja a una longitud de onda de 700 nm en el fotosistema I , lo que corresponde a una energía de cada fotón de ≈ 2 eV ≈3 × 10 −19 J ≈ 75 k B T , donde k B T denota la energía térmica. Se necesita un mínimo de 48 fotones para la síntesis de una sola molécula de glucosa a partir de CO 2 y agua (diferencia de potencial químico5 × 10 −18 J ) con una eficiencia máxima de conversión de energía del 35%.
