Zuletzt aktualisiert: 2026-06-15

Photonenenergie

Licht breitet sich als diskrete Energiepakete aus, die Photonen genannt werden. Die Energie eines einzelnen Photons ist proportional zu seiner Frequenz und umgekehrt proportional zu seiner Wellenlänge. Diese Beziehung, die Max Planck 1900 entdeckte und Albert Einstein 1905 zur Erklärung des Photoeffekts erweiterte, ist eines der grundlegenden Ergebnisse der Quantenmechanik. Sie zeigt, dass Licht nicht bloß eine kontinuierliche Welle ist, sondern in quantisierten Paketen auftritt, deren Größe von der Farbe abhängt.

Dieser Rechner berechnet die Energie eines Photons aus seiner Wellenlänge oder Frequenz und gibt die jeweils andere Größe zusätzlich an.

Die Formel

Die Energie eines Photons beträgt:

wobei $h = 6{,}626 \times 10^{-34}\ \text{J·s}$ das Planck'sche Wirkungsquantum, $f$ die Frequenz in Hertz, $c = 299\,792\,458\ \text{m/s}$ die Vakuumlichtgeschwindigkeit und $\lambda$ die Wellenlänge in Metern ist. Beide Ausdrücke sind äquivalent, weil $f = c/\lambda$ gilt.

Elektronenvolt und Joule

Photonenenergien in Joule sind unpraktisch klein. Ein grünes Photon bei 550 nm trägt etwa $3{,}6 \times 10^{-19}$ J – eine Zahl, die sich nur schwer anschaulich vorstellen lässt. Das Elektronenvolt (eV) ist die natürlichere Einheit: $1\ \text{eV} = 1{,}602 \times 10^{-19}\ \text{J}$. In eV liegen Photonen des sichtbaren Lichts im Bereich von 1,8–3,3 eV, was gut zu typischen elektronischen Übergangsenergien in Molekülen und Halbleitern passt. Dieser Rechner gibt das Ergebnis standardmäßig in eV an.

Sichtbares Licht und das elektromagnetische Spektrum

Sichtbares Licht umfasst Wellenlängen von etwa 380 nm (violett) bis 700 nm (rot). Die zugehörigen Photonenenergien sind:

Jenseits des sichtbaren Lichts tragen ultraviolette Photonen 3–100 eV, Röntgenphotonen tausende von eV und Radiophotonen Bruchteile eines Mikroelektronenvolt.

Rechenbeispiel

Ein Laserpointer emittiert Licht der Wellenlänge $\lambda = 500\ \text{nm}$ ($5 \times 10^{-7}\ \text{m}$). Die Photonenenergie berechnet sich zu:

Die Eingabe von 500 nm in diesen Rechner liefert dasselbe Ergebnis. Die Frequenzausgabe von etwa $5{,}996 \times 10^{14}$ Hz bestätigt die Rechnung.

Bedeutung der Photonenenergie

Die Photonenenergie bestimmt, ob Licht einen bestimmten physikalischen oder chemischen Prozess auslösen kann. Die Photosynthese nutzt Photonen im roten und blauen Spektralbereich, die gerade genug Energie besitzen, um Chlorophyllmoleküle anzuregen. Solarzellen benötigen Photonen oberhalb einer Schwellenenergie, um Elektronen aus dem Halbleiter zu lösen. Das menschliche Auge reagiert auf Photonen im Bereich 1,8–3,3 eV, weil die Absorptionsmaxima der Photorezeptormoleküle in der Netzhaut in dieses Fenster fallen. Unterhalb der Schwellenenergie für einen bestimmten Prozess hat eine höhere Lichtintensität – also mehr Photonen – keinen Effekt; nur Photonen höherer Frequenz (höherer Energie) können den Übergang auslösen.

Zusammenhang mit anderen Größen

Das Produkt $h \cdot c \approx 1240\ \text{eV·nm}$ ist eine nützliche Abkürzung: Division von 1240 durch die Wellenlänge in Nanometern liefert die Photonenenergie direkt in eV. Diese Näherung stimmt mit der exakten Formel auf besser als sechs signifikante Stellen überein. Dieselbe Konstante tritt beim Photoeffekt auf, bei dem die maximale kinetische Energie eines ausgelösten Elektrons gleich der Photonenenergie minus der Austrittsarbeit des Metalls ist.