Ultimo aggiornamento: 2026-06-15

Energia del fotone

La luce si propaga come pacchetti discreti di energia chiamati fotoni. L'energia trasportata da un singolo fotone è proporzionale alla sua frequenza e inversamente proporzionale alla sua lunghezza d'onda. Questa relazione, scoperta da Max Planck nel 1900 e ampliata da Albert Einstein nel 1905 per spiegare l'effetto fotoelettrico, è uno dei risultati fondamentali della meccanica quantistica. Mostra che la luce non è semplicemente un'onda continua, ma arriva in pacchetti quantizzati la cui dimensione dipende dal colore.

Questo calcolatore trova l'energia di un fotone dalla sua lunghezza d'onda o dalla sua frequenza, e riporta anche la grandezza complementare.

La formula

L'energia di un fotone è:

dove $h = 6{,}626 \times 10^{-34}\ \text{J·s}$ è la costante di Planck, $f$ è la frequenza in hertz, $c = 299\,792\,458\ \text{m/s}$ è la velocità della luce nel vuoto e $\lambda$ è la lunghezza d'onda in metri. Le due espressioni sono equivalenti poiché $f = c/\lambda$.

Electronvolt e joule

Le energie dei fotoni espresse in joule sono scomode da trattare. Un fotone verde a 550 nm trasporta circa $3{,}6 \times 10^{-19}$ J — un numero difficile da elaborare intuitivamente. L'electronvolt (eV) è un'unità più naturale: $1\ \text{eV} = 1{,}602 \times 10^{-19}\ \text{J}$. In eV, i fotoni della luce visibile si collocano nell'intervallo 1,8–3,3 eV, che si allinea bene con le tipiche energie di transizione elettronica nelle molecole e nei semiconduttori. Questo calcolatore riporta il risultato in eV per impostazione predefinita.

Luce visibile e spettro elettromagnetico

La luce visibile abbraccia lunghezze d'onda da circa 380 nm (viola) a 700 nm (rosso). Le corrispondenti energie dei fotoni sono:

Oltre la luce visibile, i fotoni ultravioletti trasportano 3–100 eV, i fotoni X migliaia di eV, e i fotoni radio frazioni di microelectronvolt.

Esempio di calcolo

Un puntatore laser emette luce a lunghezza d'onda $\lambda = 500\ \text{nm}$ ($5 \times 10^{-7}\ \text{m}$). L'energia del fotone è:

Inserendo 500 nm in questo calcolatore si riproduce il risultato. Il valore della frequenza di circa $5{,}996 \times 10^{14}$ Hz conferma il calcolo.

Perché l'energia del fotone è importante

L'energia del fotone determina se la luce può innescare un dato processo fisico o chimico. La fotosintesi si basa su fotoni nelle parti rossa e blu dello spettro che hanno energia sufficiente per eccitare le molecole di clorofilla. Le celle solari richiedono fotoni al di sopra di un'energia di soglia per liberare elettroni da un semiconduttore. L'occhio umano risponde a fotoni nell'intervallo 1,8–3,3 eV perché le molecole fotorecettori nella retina hanno picchi di assorbimento in quella finestra. Al di sotto dell'energia di soglia per un dato processo, aumentare l'intensità della luce — inviare più fotoni — non ha alcun effetto; solo fotoni a frequenza più alta (energia più alta) possono innescare la transizione.

Relazione con altre grandezze

Il prodotto $h \cdot c \approx 1240\ \text{eV·nm}$ è un utile strumento di calcolo rapido: dividendo 1240 per la lunghezza d'onda in nanometri si ottiene direttamente l'energia del fotone in eV. Questa approssimazione riproduce la formula esatta con una precisione superiore a sei cifre significative. La stessa costante compare nell'effetto fotoelettrico, dove l'energia cinetica massima di un elettrone espulso è uguale all'energia del fotone meno la funzione lavoro del metallo.