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科學

光子能量計算機(E = hf = hc/λ)

光(同所有電磁輻射)以離散嘅「光子」傳輸能量;單個光子嘅能量由 Planck–Einstein 關係 E = hf = hc/λ 完全決定。工具支援波長或頻率輸入,自動換算到焦耳同電子伏特(eV),並標出對應嘅電磁波譜分段,係物理、化學同光譜學嘅入門工具。

Photon energy E

2.254 eV

Energy E (joules): 3.612 × 10⁻¹⁹ J

Wavelength λ

550 nm

Frequency f

545 THz

Electromagnetic spectrum band

Visible · green

Uses the 2019 SI defining constants: h = 6.62607015 × 10⁻³⁴ J·s, c = 299 792 458 m/s, 1 eV = 1.602176634 × 10⁻¹⁹ J.

Formula

E = h · f = h · c / λ (h = 6.626 070 15 × 10⁻³⁴ J·s;c = 299 792 458 m/s;1 eV = 1.602 176 634 × 10⁻¹⁹ J)

Frequently asked

點解經常用「電子伏特(eV)」表達光子能量,而唔係焦耳?

因為 1 焦耳對應嘅光子數量大到失去物理直覺 — 例如 550 nm 綠光每光子 ≈ 3.6 × 10⁻¹⁹ J,所以 1 J 對應 ≈ 2.8 × 10¹⁸ 個光子,太細嘅數字唔利於計算。eV 係按「一個電子穿越 1 V 電位差所獲得嘅能量」定義,1 eV = 1.602 × 10⁻¹⁹ J,剛好同單個粒子嘅典型能量同階。所以可見光 ≈ 2 eV,化學鍵 ≈ 3–6 eV,X 射線 keV,伽馬射線 MeV — 全部都係「人類易讀」嘅數字。eV 亦係粒子物理、半導體能隙、原子光譜學嘅通用單位,所以教科書、論文同實驗報告基本上都用 eV。

為何 Planck 常數 h 喺 2019 年之後變咗「精確值」?

因為 2019 年 5 月 20 日 SI 單位制經歷自 1960 年以嚟最大規模嘅重新定義 — BIPM 將質量單位「公斤」由「巴黎國際公斤原器」(一塊鉑銥圓柱實體)改為由 Planck 常數 h ≡ 6.62607015 × 10⁻³⁴ J·s 精確定義。即係話 h 唔再係透過實驗量度得來、有不確定度嘅常數,而係好似 c 一樣,係 SI 嘅「定義常數」之一。同步重新定義嘅有:c(早已係精確)、e(精確)、k_B(精確)、N_A(精確)、Δν_Cs(精確)、K_cd(精確)。今日所有實驗質量量測(例如 Kibble balance)係用呢個精確 h 反推得質量,而唔係相反。所以本工具用嘅 h、c、e 全部係「無不確定度」嘅 SI 定義常數,計算結果只受輸入精度限制。

為何細波長嘅 X 射線同伽馬射線特別危險?

因為 E ∝ 1/λ:波長越細,每個光子能量越高。可見光每光子 ≈ 1–3 eV,連典型分子鍵(3–6 eV)都打唔斷;UV 已能直接破壞 DNA 嘅嘧啶二聚體(pyrimidine dimer),所以即係「曬黑」 — UVA 320–400 nm(3.1–3.9 eV)同 UVB 280–320 nm(3.9–4.4 eV)。X 射線(< 10 nm,> 124 eV)同伽馬射線(< 0.01 nm,> 124 keV)每光子能量足以一次過電離(ionize)多個原子,造成 DNA 雙股斷裂、自由基瀑布反應,無法被細胞 routine 修復機制 reverse。輻射劑量單位 Gy(Gray)量度單位質量吸收嘅能量,但同樣 1 Gy,X / γ 射線造成嘅「等效劑量」(Sv)比 α / β 粒子或可見光大得多 — 呢個就係輻射防護指南為何強調「離源、屏蔽、時間控制」嘅原因。

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