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'''光子能'''是单个[[光子]]携带的[[能量]]。 能量大小直接正比于光子的[[電磁輻射|电磁频率]]，因此相当于与[[波长]]成反比。光子频率越高，能量就越高。等价地，光子波长越长，能量就越低。

光子能可用任何[[能量单位]]表示。 而在这些单位中间，常用于描述光子能的是[[电子伏特]]（eV）和[[焦耳]]（以及它的倍数，如微焦耳）。由于一焦耳等于6.24 × 10<sup>18</sup> eV，更大的单位在描述具有更高能量和频率光子的能量，例如[[伽马射线]]时可能更有用，而不常用于描述较低能量光子，如[[电磁波谱]]中[[射頻|射频]]范围的光子。

== 公式 ==

=== 物理学 ===
光子能直接正比例于频率。<ref name=":0">{{Cite web|title=Energy of Photon|url=http://www.pveducation.org/pvcdrom/2-properties-sunlight/energy-photon|access-date=2015-06-21|publisher=Photovoltaic Education Network, pveducation.org|archive-url=https://web.archive.org/web/20160712123152/http://pveducation.org/pvcdrom/2-properties-sunlight/energy-photon|archive-date=2016-07-12}}</ref><math display="block">E = hf</math>其中

* <math>E</math> 表示能量（焦耳）
* <math>h</math> 表示[[普朗克常数]]：6.62607015 × 10<sup>−34</sup> (m<sup>2</sup>kgs<sup>−1</sup>)
* <math> f </math> 表示频率（赫兹）

这个方程式也叫[[普朗克-愛因斯坦關係式|普朗克-爱因斯坦关系式]]。

另一种形式如下， <math display="block">E = \frac{hc}{\lambda}</math>其中

* <math>E</math> 表示光子能量（焦耳）
* ''<math>\lambda</math>'' 表示光子的波长（米）
* <math> f </math> 表示频率（赫兹）
* <math>c</math> 表示真空中的[[光速]]：每秒299792458米
* <math>h</math> 表示[[普朗克常数]]：6.62607015 × 10<sup>−34</sup> (m<sup>2</sup>kgs<sup>−1</sup>)

1&nbsp;Hz频率下的光子能等于6.62607015 × 10<sup>−34</sup> J

也等于4.135667697 × 10<sup>−15</sup> eV（电子伏特）

=== 电子伏特 ===
能量常用电子伏特计量。

若光子能以[[电子伏特]]计、 波长以[[微米]]计，则方程大致为

: <math>E\text{ (eV)} = \frac{1.2398}{\lambda\text{ (μm)}}</math>

此方程仅在波长以微米计算时正确。

波长1 μm（接近[[红外线|红外]]辐射）时，光子能约为1.2398 eV。

=== 在[[化学]]、[[量子物理]]和[[光学工程]]中 ===
请看<ref name="Liddle2015">{{Cite book|last=Andrew Liddle|title=An Introduction to Modern Cosmology|url=https://books.google.com/books?id=6n64CAAAQBAJ&pg=PA16|date=27 April 2015|publisher=John Wiley & Sons|isbn=978-1-118-69025-3|pages=16|access-date=2021-11-25|archive-date=2017-02-28|archive-url=https://web.archive.org/web/20170228092132/https://books.google.com/books?id=6n64CAAAQBAJ&pg=PA16|dead-url=no}}</ref><math display="block">E = h{\nu}</math>其中

* <math>E</math> 表示光子能（焦耳）
* <math>h</math> 表示[[普朗克常数]]：6.62607015 × 10<sup>−34</sup> (m<sup>2</sup>kgs<sup>−1</sup>)
* [[希腊字母]]''ν''（[[Ν|nu]]）表示光子的[[頻率 (物理學)|频率]]

== 例子 ==
以100 [[赫兹|MHz]]发射信号的[[调频广播|调频]][[无线电|广播]]站发射的光子含有约4.1357 × 10<sup>−7</sup> eV能量。这非常少的能量大致是电子质量的8 × 10<sup>−13</sup>倍（通过质能关系转换）。

[[超高能伽马射线]]具有100 GeV至超过1 PeV（即10<sup>11</sup>至10<sup>15</sup> 电子伏特），或16纳焦耳至160微焦耳的光子能。<ref>{{Cite web|title=Observatory discovers a dozen PeVatrons and photons exceeding 1 PeV, launches ultra-high-energy gamma astronomy era|url=https://phys.org/news/2021-05-observatory-dozen-pevatrons-photons-exceeding.html|access-date=2021-11-25|last=Sciences|first=Chinese Academy of|website=phys.org|language=en|archive-date=2022-01-30|archive-url=https://web.archive.org/web/20220130035847/https://phys.org/news/2021-05-observatory-dozen-pevatrons-photons-exceeding.html|dead-url=no}}</ref>这相当于2.42 × 10<sup>25至</sup>2.42 × 10<sup>29</sup> Hz的频率。

在[[光合作用]]中，特定的[[叶绿素]]分子在[[光系统 I]]吸收波长700&nbsp;nm的红色光光子，相当于每个光子含有≈ 2 eV ≈ 3 x 10<sup>−19</sup> J ≈ 75 k<sub>B</sub>T的能量（这里k<sub>B</sub>T表示单位热能）。 要从CO<sub>2</sub>和水分子中生成一分子[[葡萄糖]]，最少需要48个光子（化学势差5 x 10<sup>−18</sup> J），最大能量转换效率35%。

== 另请参见 ==

* [[光子]]
* [[電磁輻射|电磁辐射]]
* [[电磁波谱]]
* [[普朗克常数]]与[[普朗克單位制|普朗克单位制]]
* [[普朗克-愛因斯坦關係式|普朗克-爱因斯坦关系式]]

== 参考资料 ==
 
[[Category:光子]]
[[Category:電磁波譜]]
[[Category:基础量子物理学]]