Energia de um Fóton

Energia do fóton: E = h·f = h·c/λ

Quem define a energia de um fóton é a frequência dele, ou de modo equivalente seu comprimento de onda: E = h·f = h·c/λ. Aqui h = 6,626·10⁻³⁴ J·s é a constante de Planck e c = 3·10⁸ m/s. A conta dá joules. Para ler em elétron-volts (eV), divida por 1,602·10⁻¹⁹. Pegue um fóton verde, na faixa visível, com λ = 550 nm: ele carrega E ≈ 3,6·10⁻¹⁹ J ≈ 2,25 eV. Quanto mais você caminha para o ultravioleta, mais energético fica o fóton, e é por isso que a luz UV ioniza e danifica o DNA. No sentido oposto, no infravermelho, cada fóton carrega menos. O artigo de Einstein de 1905 sobre o efeito fotoelétrico (Nobel 1921) deixou isso claro: só fótons acima da função de trabalho do material conseguem arrancar elétrons. A luz vem em pacotes discretos, não num fluxo contínuo.

Aplicações

Painéis solares, em que o gap do silício, por volta de 1,1 eV, define o comprimento de onda de corte. Espectroscopia, com as linhas de Balmer do hidrogênio. LEDs, cuja cor emitida acompanha o gap do semicondutor. E ainda eletrodinâmica quântica (QED), sensores de imagem CCD/CMOS e lasers, que dependem da emissão estimulada num E fixo.

Perguntas frequentes

Por que fótons UV são mais perigosos que luz visível? Um λ menor corresponde a um E maior. Os fótons UV carregam energia suficiente, acima de 3 eV, para quebrar ligações moleculares e ionizar átomos, e é assim que danificam o DNA.

Como converto joules para eV? Basta dividir por 1,602·10⁻¹⁹. Por exemplo, 3,6·10⁻¹⁹ J ÷ 1,602·10⁻¹⁹ ≈ 2,25 eV.

Um feixe de luz mais intenso tem fótons mais energéticos? Não. Um feixe mais intenso só significa mais fótons chegando por segundo. Quem decide a energia de cada fóton é apenas a frequência. Foi essa a percepção-chave de Einstein no efeito fotoelétrico.