Energia do Fóton (E=hf)
Calcule a energia de um fóton a partir da sua frequência pela equação de Planck (E = h·f). Fundamental no estudo de física quântica, óptica e espectroscopia.
E (J)
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Energia do fóton pela frequência: E = h·f
É só a frequência que define a energia de um fóton: E = h·f = h·c/λ, onde h = 6,626·10⁻³⁴ J·s é a constante de Planck e c = 3·10⁸ m/s. Para passar de joules a elétron-volts, divida por 1,602·10⁻¹⁹. Pegue um fóton visível com f = 5,45·10¹⁴ Hz (λ ≈ 550 nm, verde); ele carrega E ≈ 3,6·10⁻¹⁹ J ≈ 2,25 eV. Suba a frequência rumo ao UV e os fótons ficam mais energéticos, a ponto de ionizar a matéria. Desça para o infravermelho e eles carregam menos, basicamente só aquecendo. Lá em 1905, Einstein explicou o efeito fotoelétrico (que lhe rendeu o Nobel em 1921) mostrando que apenas fótons acima da função de trabalho arrancam elétrons, e que a energia da luz vem em quanta.
Aplicações
Painéis solares, em que o gap de 1,1 eV do silício prende o comprimento de onda de corte por volta de 1100 nm. Espectroscopia atômica e molecular. LEDs, cuja cor emitida acompanha o gap do semicondutor. Aparece também em sensores CCD e CMOS, lasers, fotomultiplicadores e dosimetria de radiação ionizante.
Perguntas frequentes
Qual energia típica de um fóton visível? Vai de cerca de 1,7 eV (vermelho, λ ≈ 700 nm) até 3,1 eV (violeta, λ ≈ 400 nm). O verde em 550 nm cai por volta de 2,25 eV.
Um feixe mais brilhante significa fótons mais energéticos? Não. O brilho só controla quantos fótons chegam por segundo. O que cada um carrega continua dependendo da frequência, e essa foi a percepção-chave de Einstein.
Por que o gap de 1,1 eV do silício importa em células solares? Qualquer fóton abaixo de 1,1 eV (infravermelho além de 1100 nm) não consegue levar um elétron através do gap, então sua energia se perde como calor. É isso que limita a eficiência do silício de junção única.
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