photonenergie

Photonenergie bezeichnet die Energie eines einzelnen Photons, dem Quanten der elektromagnetischen Strahlung. In der Quantenmechanik besitzt ein Photon die Energie E = hν = hc/λ, wobei h das Plancksche Wirkungsquantum, ν die Frequenz der Strahlung, λ die Wellenlänge im Vakuum und c die Lichtgeschwindigkeit ist. Da Photonen keine Ruhemasse haben, ist ihre Energie ausschließlich von Frequenz bzw. Wellenlänge abhängig. Die Photonenenergie bestimmt, ob Licht mit Materie wechselwirkt, während die Strahlungsintensität die Anzahl der Photonen, nicht deren Energie, angibt.

Für sichtbares Licht liegen typische Photonenenergien im Bereich von etwa 1,6 bis 3,1 eV: rotes Licht bei rund 700 nm entspricht etwa 1,8 eV, blaues Licht bei rund 450 nm etwa 2,8 bis 3,0 eV. Allgemein gilt E(eV) ≈ 1240/λ(nm).

Photonenergie ist wesentlich für Prozesse wie Absorption, Emission, dem photoelektrischen Effekt und Streuung (Compton-Streuung). Bei der Absorption muss die Photonenenergie mindestens die Energiedifferenz zwischen Zuständen oder die Ionisationsenergie liefern. In der Quantenoptik dient die Photonenenergie als Träger von Informationen in der Quantenkommunikation und Spektroskopie.

Anwendungen umfassen Solarzellen, Lichtquellen (LEDs, Laser), Spektroskopie und optische Sensorik. Historisch spielte die Erklärung des photoelektrischen Effekts durch Albert Einstein eine maßgebliche Rolle bei der Einführung des Photon-Konzepts.