A luz não fornece energia continuamente – ela chega em pacotes discretos chamados fótons, e cada fóton de uma determinada frequência carrega exatamente a mesma quantidade de energia. Esta calculadora aplica a relação de Planck-Einstein, E = hf = hc/λ, para converter qualquer comprimento de onda ou frequência em energia de fótons, tanto em joules quanto na escala de elétron-volt mais conveniente.

Como funciona a calculadora de energia de fótons

A calculadora implementa a relação de Planck-Einstein E = hf, onde h é a constante de Planck. Como a velocidade da luz c relaciona comprimento de onda e frequência por c = λf, a mesma energia pode igualmente ser escrita E = hc/λ. Insira um comprimento de onda na guia Energia ou uma frequência na guia Da frequência e a calculadora resolve qualquer forma aplicável e, em seguida, deriva a outra quantidade para que ambas sejam sempre mostradas.

Todos os cálculos usam as constantes recomendadas pelo CODATA: constante de Planck h = 6,62607015 × 10⁻³⁴ J·s (exato, pela definição do SI desde 2019) e a velocidade da luz no vácuo c = 2,99792458 × 10⁸ m/s (também exato por definição). O resultado é convertido em elétron-volts usando 1 eV = 1,602176634 × 10⁻¹⁹ J.

Entradas e o que elas significam

O comprimento de onda (λ) é inserido em nanômetros na guia Energia — a luz visível abrange aproximadamente 380–700 nm, portanto esta é a escala natural para óptica e cor. A frequência (f) é inserida em terahertz (10¹² Hz) na guia From Frequency, uma vez que os valores brutos de hertz para luz são difíceis de manejar (a luz visível fica em torno de 400–750 THz). Qualquer campo que você preencha se tornará a fonte da verdade; a calculadora mantém o campo da outra guia sincronizado automaticamente.

A energia de saída é relatada em elétron-volts (a unidade prática para física e química em escala de fótons) junto com o valor de joule do SI, já que algumas fórmulas e livros esperam joules diretamente.

Por que comprimentos de onda mais curtos transportam mais energia

Como E = hc/λ, a energia é inversamente proporcional ao comprimento de onda: reduzir o comprimento de onda pela metade dobra a energia do fóton. É por isso que a luz ultravioleta (comprimento de onda mais curto que a luz visível) pode quebrar ligações moleculares e causar queimaduras solares, enquanto a luz infravermelha (comprimento de onda mais longo) apenas fornece calor. É também por isso que os raios X e os raios gama – com comprimentos de onda milhares de vezes mais curtos que a luz visível – transportam energia suficiente por fotão para ionizar átomos e danificar tecidos vivos, o que os fotões visíveis ou de rádio não conseguem fazer, independentemente de quantos cheguem.

Limites e casos extremos

Esta calculadora pressupõe que a luz viaja no vácuo (ou no ar, que é próximo o suficiente para uso diário). A luz fica mais lenta em meios mais densos, como água ou vidro, o que altera seu comprimento de onda, mas não sua frequência ou energia de fótons - portanto, se você estiver trabalhando com um comprimento de onda medido dentro de um material, converta primeiro para o comprimento de onda do vácuo. A fórmula também se aplica a qualquer fóton, não apenas à luz visível – a guia Espectro classificará alegremente fótons de rádio, micro-ondas, infravermelho, ultravioleta, raios X e raios gama usando a mesma equação.