Energiedifferenz

Die Energiedifferenz, häufig als ΔE bezeichnet, ist die Differenz der Energie zwischen zwei Zuständen eines Systems. Sie ist eine zentrale Größe in der Quantenmechanik, der Spektroskopie, der Thermodynamik und der Festkörperphysik.

Mathematisch wird sie als ΔE = E2 − E1 angegeben, wobei E1 der Energie des Ausgangszustands und E2 die Energie des Endzustands ist. Das Vorzeichen von ΔE gibt an, ob Energie zugeführt werden muss (ΔE > 0) oder ob Energie freigesetzt wird (ΔE < 0). Im Zusammenhang mit Photonen gilt E_photon = hν = ΔE, wobei h das Plancksche Wirkungsquantum und ν die Frequenz des Photons ist.

In der Quantenmechanik entspricht ΔE der Energiedifferenz zwischen zwei Eigenzuständen des Systems. Die Übergangsrate hängt von Dipolmomenten und von Auswahregelsätzen ab; Übergänge zeigen sich als Spektrallinien, deren Energie dem ΔE entspricht.

In Atomen und Molekülen bestimmt ΔE Übergangsenergien zwischen Elektronenzuständen (Elektronenübergänge) bzw. zwischen vibrationalen und rotatorischen Zuständen in Molekülen. Die entsprechenden Spektren erscheinen im sichtbaren, ultravioletten bzw. infraroten Bereich und liefern Informationen über Struktur und Zustände des Systems.

In Festkörpern spricht man von einer Bandlücke, der Energiedifferenz zwischen Valenzband und Leitungsband. Die Größe der Bandlücke bestimmt das Verhalten des Materials als Leiter, Halbleiter oder Isolator; Temperatur, Dotierung und Struktur beeinflussen die effektive ΔE.

Typische Einheiten sind Joule oder Elektronenvolt; Messmethoden umfassen Spektroskopie, Kalorimetrie und Messungen der elektronischen Struktur.