技術コラム/技術情報

フォトンと、フォトンエネルギーについて解説いたします。　

フォトンとは

フォトンは、光やその他の電磁波を構成する基本的な粒子です。

フォトンは光の最小単位であり、エネルギーと運動量を持っています。そのため、光は波としてだけでなく粒子としても振る舞うとされています。フォトンは電磁波の一種であり、可視光、紫外線、赤外線など様々な波長の光を構成しています。

また、このような特性からフォトンのエネルギーは波長に依存し、短い波長ほど高いエネルギーを持ちます。

フォトンの歴史と発見

フォトンの概念は、アルベルト・アインシュタインによって1905年に提唱されました。アインシュタインは、光電効果の実験を通じて、光が離散的なエネルギーの塊（フォトン）として振る舞うことを示しました。ちなみに、この研究によりアインシュタインは1921年にノーベル物理学賞を受賞しております。

フォトンエネルギーとは

フォトンエネルギーは、光の粒子であるフォトンが持つエネルギーのことを指します。このエネルギーは、フォトンの周波数（振動数）に比例し、次の関係式で表されます。

E = hν

ここで、Eはエネルギー、hはプランク定数（約6.626 x 10^-34 J·s）、νはフォトンの周波数です。

また、光の波長λと周波数νは逆比例の関係にあり、式で表すとc = λν（cは光速）となります。

上記の公式より、フォトンエネルギーは波長が短いほど高くなります。

この図は、波長とフォトンエネルギーの関係を示しています。波長が短くなるほどフォトンエネルギーが高くなることが一目で分かるかと思います。

詳しくは下記記事でも解説しておりますので、合わせてこちらもご覧ください。

＞＞「光のエネルギー」について詳しくはこちら

フォトンエネルギーの計算例

例えば、紫外線の一種であるUV-Cの波長が約254ナノメートル（nm）である場合

そのフォトンエネルギーを計算すると次のようになります。

E=hc/λ

ここで、hはプランク定数（6.626 x 10^-34 J·s）、cは光速（3.00 x 10^8 m/s）、λは波長（254 x 10^-9 m）です。

これを代入して計算すると、 E＝7.83×10^-19J となります。

これにより、紫外線のフォトンが持つエネルギーの大きさが具体的に理解できます。

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