Energia do fóton: diferenças entre revisões

{{PEPB|Energia do fotão|energia do fóton}} é a [[energia]] carregada por um único [[fóton|fotão]]. A quantidade de energia está diretamente relacionada à [[frequência]] e ao [[comprimento de onda]] [[Radiação eletromagnética|eletromagnética]] do fótonfotão. Quanto maior for a frequência do fótonfotão, maior a sua energia. Da mesma forma, quanto maior for o comprimento de onda do fótonfotão, menor a sua energia.

A energia do fótonfotão é uma função somente do comprimento de onda. Outros fatores, como [[Intensidade (física)|intensidade]] da radiação, não afetam a energia do fótonfotão. Em outras palavras, dois fótonsfotões de [[luz]] com a mesma [[cor]] e, portanto, o mesmo comprimento de onda, terão a mesma energia do fótonfotão, mesmo se um for emitido por uma vela de cera e o outro for emitido pelo [[Sol]].

A energia do fótonfotão pode ser representada por qualquer [[unidades de energia|unidade de energia]]. Umas das unidades mais comuns para denotar a energia do [[fóton|fotão]] é [[elétron-volt]] (eV) e [[joule]] (bem como seus múltiplos, como microjoule). Como um joule é igual a 6,24 × 10¹⁸ eV, as unidades maiores podem ser mais úteis para denotar a energia de fótonsfotões com frequências e energias mais altas, como o [[raio gama]], ao contrário dos fótonsfotões de menor energia, como os da região do [[espectro eletromagnético]] de [[radiofrequência]].

Se os fótonsfotões, de fato, [[Partícula sem massa|não possuem massa]], a energia do fótonfotão não seria relacionada à [[massa]] através da [[Equivalência massa-energia|equivalência]] ''E = mc²''. Os únicos dois tipos de tais partículas sem massa observados são os fótonsfotões e os [[glúon]]s.<ref>{{citar livro |ultimo=Abdalla |primeiro=Maria |titulo=O discreto charme das partículas elementares |url=https://books.google.com.br/books?id=4nLAk3pcvEQC&lpg=PA9&ots=b0vQV6_kqJ&dq=%22part%C3%ADculas%20sem%20massa%22&lr&pg=PA7#v=onepage&q&f=false |ano=2004 |editora=UNESP |local=São Paulo}}</ref> Entretanto, o postulado de que os fótonsfotões não possuem massa é baseado na crise que resulta de outras teorias em mecânica quântica. Para que outras teorias, como a [[Teoria de gauge|invariância de gauge]] e a chamada "[[renormalização]]" sobrevivam sem considerável revisão, os fótonsfotões devem permanecer sem massa no domínio das atuais equações.<ref>{{citar web |titulo=What is the mass of a photon?|url=http://math.ucr.edu/home/baez/physics/ParticleAndNuclear/photon_mass.html|website=http://math.ucr.edu |acessodata=8 de setembro de 2017}}</ref> A alegação é contestada em outros meios.<ref>{{citar web |titulo=Unifying the Photon|url=http://milesmathis.com/photon.html |acessodata=8 de setembro de 2017}}</ref> Diz-se que fótonsfotões possuem massa relativística (isto é, massa resultante do movimento de um corpo material em relação a outro). Além disso, algumas hipóteses propõem que toda massa ou "massa de repouso" pode ser composta de massa relativística acumulada, secundária ao movimento, uma vez que nenhum corpo material esteja ou possa estar em "repouso" em relação a todos os campos. Nessa hipótese, assim como o movimento se torna zero, a massa também se torna zero. Por outro lado, os fótonsfotões possuem movimento e energia variável em relação à frequência e ao comprimento de onda, sugerindo que várias formas do fotonfotão têm, cada uma, equivalência de massa diferente. Assim, a equação "E = mc²" mostraria que a massa e o movimento são conceitos indissociáveis e e fundamentalmente substituíveis para toda a matéria.<ref>{{citar web |titulo=100 years of General Relativity—Part One|url=https://www.wsws.org/en/articles/2015/12/07/ein1-d07.html |website=World Socialist Website|publicado=International Committee of the Fourth International|acessodata=8 de setembro de 2017}}</ref>

A [[equação]] para a energia do fótonfotão<ref>{{citar web |url=http://www.pveducation.org/pvcdrom/2-properties-sunlight/energy-photon |titulo=Energy of Photon |website=pveducation.org |publicado=Photovoltaic Education Network |acessodata=2017-12-20 |arquivourl=https://web.archive.org/web/20160712123152/http://pveducation.org/pvcdrom/2-properties-sunlight/energy-photon |arquivodata=2016-07-12 |urlmorta=yes }}</ref> é

Onde ''E'' é a energia do fótonfotão, ''h'' é a [[constante de Planck]], ''c'' é a [[velocidade da luz]] no vácuo e ''λ'' é o comprimento de onda do fótonfotão. Como ''h'' e ''c'' são ambos [[Constante física|constante]]s, a energia do fótonfotão varia diretamente em relação ao comprimento de onda ''λ''.

Para encontrar a energia do fótonfotão em [[Elétron-volt|eV]], usando o comprimento de onda em [[Micrómetro (unidade de medida)|micrômetro]]s, a equação é aproximadamente

Portanto, a energia do fótonfotão de comprimento de onda de 1 μm, próximo à da radiação [[infravermelho]], é aproximadamente 1,2398 eV.

Esta equação é conhecida como a [[relação de Planck-Einstein]]. Substituindo ''h'' por seu valor em J⋅s e ''f'' por seu valor em hertz resulta na energia do fótonfotão em joules. Portanto, a energia do fótonfotão à frequência de 1&nbsp;Hz é {{rnd/Testes|6.62606957e-34|42}} joules ou {{rnd/Testes|4.135667516e-15|24}} eV.

Em [[química]] e [[engenharia óptica|engenharia ótica]],

é usada onde ''h'' é a constante de Planck e a [[Alfabeto grego|letra grega]] ''ν'' ([[Ν|ni]]) é a [[frequência]] do fótonfotão.<ref name="Liddle2015">{{citar livro |autor=Andrew Liddle|titulo=An Introduction to Modern Cosmology|url=https://books.google.com/books?id=6n64CAAAQBAJ&pg=PA16|data=27 de abril de 2015|publicado=John Wiley & Sons|isbn=978-1-118-69025-3|paginas=16}}</ref>

Uma estação de [[rádio AM]] que transmite a 100 [[Hertz|MHz]] emite fótonsfotões com uma energia em torno de 4.1357 × 10⁻⁷ eV. Essa minúscula quantidade de energia é aproximadamente 8 × 10⁻¹³ vezes a [[Equivalência massa-energia|energia equivalente à massa]] do [[elétron]].

Os raios gama com a energia mais alta detectadadetetada até a data, os raios gama de altíssima energia, possuem energia do fótonfotão de 100 GeV a 100 TeV (10¹¹ a 10¹⁴ electronvoltseletrovolts) ou 0,016 microjoules a 0,016 milijoules. Isso corresponde a frequências de 2,42 × 10²⁵ a 2,42 × 10²⁸ Hz.

Um fótonfotão com comprimento de onda igual ao [[comprimento de Planck]] teria uma energia em torno de 7,671 × 10²⁸ eV ou 1,229 × 10¹⁰ joules (12,29 gigajoules). Isso equivale a aproximadamente ao montante de energia produzido pela [[usina]] a carvão com a maior capacidade instalada, a Termelétrica de Taichung, por um período de 2,25 segundos.

Durante a fotossíntese, algumas moléculas específicas de clorofila absorvem fótonsfotões de luz vermelha com comprimento de onda de 700&nbsp;nm no [[Fotossistema#Relações entre o fotossistema I e II|Fotossistema 1]], que correspondem a uma energia de cada fótonfotão de ≈ 2 eV ≈ 3 x 10⁻¹⁹ J ≈ 75 k_BT, onde k_BT denota a energia térmica. Um mínimo de 48 fótonsfotões são necessários para a síntese de uma molécula de [[glicose]] a partir de CO₂ e água (diferença de potencial químico 5 x 10⁻¹⁷ J) com um coeficiente de conversão com uma eficiência de conversão energética de 35%.

*[[Fóton|Fotão]]