La energía de un solo fotón depende únicamente de su longitud de onda: cuanto más corta es la longitud de onda, más energético es el fotón. Esta calculadora toma una longitud de onda en nanómetros y devuelve la energía del fotón en julios y en electronvoltios.
Esta magnitud explica por qué la radiación UV actúa de forma diferente a la luz visible. Un fotón a 254 nm porta aproximadamente 4,9 eV, por encima de la energía de enlace de muchos enlaces orgánicos, por lo que puede romper moléculas directamente. Un fotón a 400 nm porta solo unos 3,1 eV. Es precisamente este umbral el que determina si un fotoiniciador responde, si se excita una transición en un semiconductor o si se inicia una reacción fotocatalítica. Si conoce un salto de banda en eV, la calculadora le indica la longitud de onda más larga que puede utilizar para ello.
El cálculo se aplica a fotones en el vacío o en el aire; en un medio con índice de refracción n la longitud de onda cambia, pero la energía del fotón no. Las constantes siguen CODATA 2018.
La energía del fotón conduce directamente al flujo de fotones, es decir, el número de fotones por segundo. Esa calculadora está integrada en la página de fotoquímica, donde surge esta cuestión. Todas las calculadoras radiométricas están reunidas en la calculadora de radiometría.
Fundamentos
La energía del fotón se deduce de la relación de Planck-Einstein E = h · c / λ, con la constante de Planck h = 6,62607015 · 10⁻³⁴ J·s y la velocidad de la luz c = 299 792 458 m/s (ambas definidas de forma exacta desde la revisión del SI). Introduciendo λ en metros se obtiene E en julios. Para electronvoltios, se divide por la carga elemental, lo que da la práctica forma abreviada E[eV] = 1239,842 / λ[nm].
| Longitud de onda | Energía |
|---|---|
| 254 nm (mercurio de baja presión) | 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 |
Ejemplo de cálculo para 365 nm: E = 1239,842 / 365 = 3,397 eV, equivalente a 5,44 · 10⁻¹⁹ J.
La fórmula describe un único fotón de una única longitud de onda. Una lámpara de mercurio de media presión emite muchas líneas, un LED una banda de típicamente 10–15 nm de anchura completa a media altura — aquí la longitud de onda centroide es una aproximación, y un trabajo preciso requiere integrar el espectro. La energía del fotón tampoco dice nada sobre la cantidad de radiación; para ello se requiere la irradiancia o el flujo de fotones.
Preguntas frecuentes
Con E = h · c / λ. En la práctica, suele bastar la forma abreviada E[eV] = 1239,842 / λ[nm]: 365 nm da 3,40 eV, 254 nm da 4,88 eV.
Con la misma fórmula abreviada. La relación es recíproca, no lineal: la mitad de la longitud de onda significa el doble de energía.
Porque el fotón individual tiene más energía. A 254 nm la energía del fotón supera la energía de enlace de muchos enlaces orgánicos, mientras que a 365 nm no. Por ello, el UV-C actúa directamente sobre el ADN, mientras que el UV-A actúa predominantemente mediante pasos intermedios. La clasificación de los rangos se describe en rangos espectrales y normas.
λ = 1239,842 / 3,2 ≈ 387 nm. Para una excitación fiable, en la práctica se elige una longitud de onda ligeramente más corta, en torno a 365 o 375 nm.
No. Dentro de un medio, la longitud de onda se acorta según el índice de refracción, pero la frecuencia y, por lo tanto, la energía permanecen iguales. Las fórmulas deben utilizar la longitud de onda en el vacío.
Decide si un fotoiniciador se excita o no. Si la longitud de onda no coincide con el rango de absorción del iniciador, ni siquiera una dosis alta servirá de ayuda. Más información al respecto en fotoiniciadores y absorbentes UV.
Autor: Dr. Mark Paravia
El Dr.-Ing. Mark Paravia es el director general de Opsytec Dr. Gröbel GmbH en Ettlingen y dirige el laboratorio de calibración acreditado. Tras sus investigaciones sobre descargas de excímeros de xenón pulsadas en el Instituto de Tecnología de la Iluminación del KIT, su interés actual se centra en la tecnología de medición de radiación óptica. Es vicepresidente del Comité de Normas DIN FNL 7 «Radiación Óptica» y miembro del Grupo de Proyecto DVGW sobre Desinfección UV.
