Photonenenergie

Photonenenergie ist die Energie eines einzelnen Photons, der quantisierten Anregung des elektromagnetischen Feldes. In der Quantenphysik besteht Licht aus Photonen; die Energie eines Photons lässt sich ausdrücken als E = hν = hc/λ, wobei h das Plancksche Wirkungsquantum, ν die Frequenz und λ die Wellenlänge ist. Da die Energie von Photonen proportional zur Frequenz ist, steigt bei kürzeren Wellenlängen die Energie pro Photon.

Die Gesamtenergie eines Lichtstrahls ergibt sich aus der Summe der Energien aller Photonen; die Intensität ist eine Größe, die Photonenzahl pro Zeiteinheit multipliziert mit der Energie pro Photon. Damit ist dieselbe Lichtmenge bei hoher Photonendichte (hohe Intensität) energiereicher, obwohl die Energie pro Photon konstant bleibt.

Photonen tragen auch Impuls p = E/c = h/λ, was zu Strahlungsdruck führt, der auf Materie wirkt. Diese Eigenschaft erklärt unter anderem, wie Licht Objektkollisionen beeinflusst und wie die Sonnenstrahlung Kräfte auf Satelliten oder kometare Materie ausübt.

Anwendungen: In der Photovoltaik wird Photonenenergie in elektrische Energie umgewandelt, vorausgesetzt die Photonenenergie liegt über der Bandlücke eines Materials. In Laser, LED, Detektoren und Spektroskopie spielen Photonenenergie und Photonenzahl zentrale Rollen. In der Chemie sorgt Photonenenergie für Photoabsorption, Photodissociation und Photoionisierung.

Die Photonenenergie ist ein konzeptionelles Fundament des Quantencharakters des Lichts und wird praktisch in vielen Bereichen genutzt, von der Grundlagenforschung bis zur Technik.