Energie jednoho fotonu závisí výhradně na jeho vlnové délce: čím kratší vlnová délka, tím energetičtější foton. Tato kalkulačka přijímá vlnovou délku v nanometrech a vrací energii fotonu v joulech a v elektronvoltech.
Tato veličina vysvětluje, proč UV záření působí jinak než viditelné světlo. Foton při 254 nm nese asi 4,9 eV, což je nad vazebnou energií mnoha organických vazeb – může molekuly přímo rozbít. Foton při 400 nm nese pouze asi 3,1 eV. Právě tato hranice rozhoduje o tom, zda fotoiniciátor zareaguje, zda je excitován polovodičový přechod, nebo zda se spustí fotokatalytická reakce. Pokud znáte šířku zakázaného pásu v eV, kalkulačka Vám sdělí nejdelší vlnovou délku, kterou pro ni můžete použít.
Výpočet platí pro fotony ve vakuu nebo ve vzduchu; v prostředí s indexem lomu n se vlnová délka změní, ale energie fotonu nikoli. Konstanty vycházejí z CODATA 2018.
Energie fotonu přímo souvisí s fotonovým tokem – počtem fotonů za sekundu. Tato kalkulačka je vložena na stránce fotochemie, kde tato otázka vyvstává. Všechny radiometrické kalkulačky jsou shromážděny v kalkulačce radiometrie.
Základy
Energie fotonu vyplývá z Planck-Einsteinova vztahu E = h · c / λ, kde Planckova konstanta h = 6,62607015 · 10⁻³⁴ J·s a rychlost světla c = 299 792 458 m/s (obě hodnoty jsou od revize SI definovány přesně). Zadáte-li λ v metrech, získáte E v joulech. Pro elektronvolty vydělte elementárním nábojem, což vede k praktickému zkrácenému tvaru E[eV] = 1239,842 / λ[nm].
| Vlnová délka | Energie |
|---|---|
| 254 nm (nízkotlaká rtuťová výbojka) | 4,88 eV |
| 265 nm (UVC LED) | 4,68 eV |
| 280 nm (UVC LED) | 4,43 eV |
| 365 nm (UVA LED) | 3,40 eV |
| 405 nm | 3,06 eV |
Vzorový příklad pro 365 nm: E = 1239,842 / 365 = 3,397 eV, což se rovná 5,44 · 10⁻¹⁹ J.
Vzorec popisuje jediný foton jediné vlnové délky. Vysokotlaká rtuťová výbojka vyzařuje mnoho čar, LED dioda pásmo o šířce typicky 10–15 nm v polovině maxima (FWHM) — zde je centroidní vlnová délka pouze aproximací a přesná práce vyžaduje integraci spektra. Energie fotonu také nic nevypovídá o množství záření; k tomu je třeba znát ozářenost nebo fotonový tok.
Často kladené otázky
Podle vzorce E = h · c / λ. V praxi obvykle postačí zkrácený tvar E[eV] = 1239,842 / λ[nm]: 365 nm dává 3,40 eV, 254 nm dává 4,88 eV.
Pomocí stejného vzorce. Vztah je nepřímo úměrný, nikoli lineární — poloviční vlnová délka znamená dvojnásobnou energii.
Protože jednotlivý foton má vyšší energii. Při 254 nm energie fotonu překračuje vazebnou energii mnoha organických vazeb, při 365 nm nikoli. UV-C proto působí přímo na DNA, zatímco UV-A působí převážně prostřednictvím mezistupňů. Klasifikace rozsahů je popsána v části spektrální rozsahy a normy.
λ = 1239,842 / 3,2 ≈ 387 nm. Pro spolehlivou excitaci se v praxi volí o něco kratší vlnová délka, přibližně 365 nebo 375 nm.
Ne. V prostředí se vlnová délka zkracuje v důsledku indexu lomu, avšak frekvence, a tedy i energie, zůstává stejná. Ve vzorcích je nutné použít vlnovou délku ve vakuu.
Rozhoduje o tom, zda je fotoiniciátor vůbec excitován. Pokud vlnová délka neodpovídá absorpčnímu rozsahu iniciátoru, nepomůže ani vysoká dávka. Více k tomuto tématu naleznete v části fotoiniciátory & UV absorbéry.
Autor: Dr. Mark Paravia
Dr.-Ing. Mark Paravia je jednatelem společnosti Opsytec Dr. Gröbel GmbH v Ettlingenu a vede akreditovanou kalibrační laboratoř. Po svém výzkumu pulzních xenonových excimerových výbojů na Institutu osvětlovací techniky KIT se v současnosti zaměřuje na měřicí techniku optického záření. Je místopředsedou normalizační komise DIN FNL 7 „Optické záření" a členem projektové skupiny DVGW pro UV dezinfekci.
