Calculateur d’énergie d’un photon (E = hf)

Comment calculer l’énergie d’un photon ?

La lumière transporte des paquets d’énergie appelés photons. L’énergie d’un photon dépend uniquement de la fréquence :

E = h × f = h × c / λ

h est la constante de Planck (6,62607015 × 10⁻³⁴ J·s), c la vitesse de la lumière (299 792 458 m/s), f la fréquence et λ la longueur d’onde. Plus la fréquence est élevée, donc la longueur d’onde courte, plus l’énergie est grande. Un photon violet est plus énergétique qu’un photon rouge.

Électronvolts et formule simplifiée

L’énergie individuelle en joules est très petite, d’où l’usage de l’électronvolt (eV) : 1 eV = 1,602176634 × 10⁻¹⁹ J. Pour une longueur d’onde en nanomètres :

E (eV) = 1239,84 / λ (nm)

Exemple

Pour une lumière verte de 500 nm, E = 1239,84 / 500 = 2,48 eV, soit 3,97 × 10⁻¹⁹ J. Sa fréquence vaut 299 792 458 / (500 × 10⁻⁹) = 5,996 × 10¹⁴ Hz.

Nombre de photons

Une source de puissance lumineuse P émet l’énergie P × t pendant t. En divisant par l’énergie individuelle : N = P × t / E. Un laser rouge de 5 mW à 632,8 nm émet environ 1,6 × 10¹⁶ photons par seconde.

Limites

La longueur d’onde est celle dans le vide. Le nombre de photons concerne une lumière monochromatique et n’est qu’indicatif pour les sources à spectre large, comme les ampoules. Dans l’effet photoélectrique, un électron est libéré si l’énergie du photon dépasse le travail d’extraction du métal. Vous pouvez comparer ces valeurs dans le mode « À partir de l’énergie ».

Questions fréquentes

Comment calculer l’énergie d’un photon à partir de sa longueur d’onde ?

Dans cet exemple, pour une longueur d’onde dans le vide de 430 nm, la relation de Planck donne 2,883 eV par photon. Le produit de la constante de Planck et de la vitesse de la lumière est divisé par la longueur d’onde. Le résultat est l’énergie individuelle, pas la puissance optique totale ni l’énergie absorbée.

Calculer avec ces valeurs