Photonenenergien

Photonenenergie bezeichnet die Energie, die von einem einzelnen Photon getragen wird. In der Quantenphysik ist diese Energie diskret und durch E = hν = hc/λ festgelegt, wobei h das Plancksche Wirkungsquantum, ν die Frequenz des Photons, λ seine Wellenlänge und c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist. Energie kann in Elektronenvolt (eV) angegeben werden, wobei E(eV) ≈ 1240 / λ(nm) gilt.

Diese Energie bestimmt, welche Wechselwirkungen Photonen mit Materie eingehen können. Photonen mit ausreichender Energie können Elektronen aus Atomen herausschlagen (Fotoeffekt), elektronische oder vibrationale Übergänge anregen oder Moleküle ionisieren. In Spektren zeigen sich Absorptions- und Emissionslinien, die den Differenzen zwischen Energiezuständen entsprechen. Der Zusammenhang lässt sich nutzen, um Lichtquellen, Materialien oder chemische Prozesse zu charakterisieren.

Typische Größenordnungen: Sichtbares Licht hat Wellenlängen von etwa 400–700 nm, entsprechend ca. 3,1–1,8 eV pro Photon. Infrarot reicht von ca. 700 nm bis 1 mm (etwa 0,001–1,8 eV), UV-Licht liegt unter 400 nm (über 3 eV). Röntgen- und Gammaquanten besitzen Energien im keV- bis MeV-Bereich.

Photonenergie ist zentral in vielen Anwendungen, von Spektroskopie, Lasern und LEDs bis hin zur Solarenergie und zum Photoeffekt. Sie wird in Experimenten oft in eV oder Joule gemessen und aus der Messung von Frequenz oder Wellenlänge berechnet.