valonenergian

Valonenergian käsite kuvaa yhden fotonin kantamaa energiaa elektromagnettisessa säteilyn ilmiössä. Fotonin energia määritellään kaavalla E = hf = hc/λ, missä h on Planckin vakio, f taajuus ja λ aallonpituus tyhjiössä, sekä c valonnopeus. Energian yksikkö on joule (J), ja käytännössä sitä voidaan ilmaista myös elektronivolteina (eV), esimerkiksi E[eV] ≈ 1240/λ(nm). Taajuus ja aallonpituus liittyvät toisiinsa f = c/λ, joten lyhyempi aallonpituus tarkoittaa suurempaa fotonien energiaa.

Fotonin energian arvo riippuu ainoastaan taajuudesta, eikä se muutu fotonin kulkiessa eri aineiden rajojen yli. Aineen mukana valon nopeus ja aallonpituus muuttuvat refraktiokertoimen n mukaan, λ = λ0/n, mutta energia E = hf pysyy samana. Tämä tekee energian määrittelystä riippumattoman mediasta, vaikka ilmiöt kuten absorptio ja sähköinen siirtymä vaikuttavat siihen, miten energiaa siirretään aineeseen.

Fotonien määrä per pinta-ala ja ajan yksikköön miksiä kutsutaan fotonivirraksi. Se voidaan päätellä, jos tiedetään säteilyteho I kyseisellä alueella: Φ = I/E, jossa E on yksittäisen fotonin energia. Tämä on keskeistä valon mittauksessa ja optoelektronisissa laitteissa.

Valonenergian kvanttinen luonne selittää muun muassa fotoelektrisen vaikutuksen ja fotodetektoreiden toiminnan. Fotonien energia mahdollistaa elektronien riisumisen poistumisesta materiaalista tai elektronien virittymisen elektronitasoihin. Käytännön sovelluksia ovat aurinkokennojen toimintaperiaate, valon mittaus ja kuvantaminen sekä näköaisti ja fotosynteesi, joissa energian siirto on olennaista.