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光子エネルギーとは、単一の光子が持つエネルギーのことです。エネルギー量は光子の電磁周波数に正比例し、したがって波長に反比例します。光子の周波数が高いほど、エネルギーは高くなります。言い換えれば、光子の波長が長いほど、エネルギーは低くなります。
光子エネルギーは、任意のエネルギー単位を用いて表すことができます。光子エネルギーを表すために一般的に使用される単位には、電子ボルト(eV) とジュール(およびマイクロジュールなどのその倍数) があります。1ジュールは6.24 × 10 18 eVのような大きな単位は、電磁スペクトルの光周波数領域や無線周波数領域のような低エネルギーの光子とは対照的に、ガンマ線のような高周波数で高エネルギーの光子のエネルギーを表すのに、より有用である可能性があります。
光子のエネルギーはプランクの法則により周波数に正比例する。[ 1 ]
1 Hz における光子エネルギーは6.62607015 × 10 −34 J (4.13566770 × 10 −15 eV) に等しい。
光子のエネルギーはしばしば電子ボルトで測定されます。1電子ボルト（eV）は正確に1.602 176 634 × 10 −19 J [5 ]または、ゼプト接頭辞を使用すると、 SI単位系では160.217 6634 zJです。マイクロメートル単位の波長を用いて電子ボルト単位の光子エネルギーを求めるには、次の式が近似的に用いられます。 hc ⁄ e =1.239 841 984 332 × 10 −6 eV⋅m [ 6 ]ここで、hはプランク定数、cは光速、eは素電荷です。
波長1μmの近赤外線の光子エネルギー は約1.2398eVである 。
100 MHzで送信しているFMラジオ局は、 約 4.1357 × 10 −7 eV。この微量のエネルギーは約電子の質量の8 × 10 −13倍（質量エネルギー等価性による）。
超高エネルギーガンマ線は 、100 GeVから1 PeV（10¹¹から10¹⁵電子ボルト）を超える光子エネルギー、または16 nJから160 μJのエネルギーを持つ。[ 7 ]これは、2.42 × 10 25 Hzから2.42 × 10 29 Hz。
光合成の過程で、光化学系Iにおいて特定のクロロフィル分子が波長700 nmの赤色光子を吸収する。これは各光子のエネルギーが約2 eVに相当する。 3 × 10 −19 J ≈ 75 k B T、ここでk B Tは熱エネルギーを表す。 CO 2と水から単一のグルコース分子を合成するには、最低 48 個の光子が必要である(化学ポテンシャル差 5 × 10 −18 J）で、最大エネルギー変換効率は35%です。
