L'énergie d'un photon unique dépend uniquement de sa longueur d'onde : plus la longueur d'onde est courte, plus le photon est énergétique. Ce calculateur prend une longueur d'onde en nanomètres et renvoie l'énergie du photon en joules et en électronvolts.
Cette grandeur explique pourquoi le rayonnement UV agit différemment de la lumière visible. Un photon à 254 nm porte environ 4,9 eV, au‑dessus de l'énergie de liaison de nombreuses liaisons organiques – il peut rompre des molécules directement. Un photon à 400 nm ne porte qu'environ 3,1 eV. C'est précisément ce seuil qui détermine si un photoamorceur réagit, si une transition dans un semi-conducteur est excitée, ou si une réaction photocatalytique démarre. Si vous connaissez une bande interdite en eV, le calculateur vous indique la plus grande longueur d'onde que vous pouvez utiliser pour celle-ci.
Le calcul s'applique aux photons dans le vide ou dans l'air ; dans un milieu d'indice de réfraction n, la longueur d'onde change mais pas l'énergie du photon. Les constantes suivent CODATA 2018.
L'énergie du photon mène directement au flux de photons – le nombre de photons par seconde. Ce calculateur est intégré à la page photochimie, où la question se pose. Tous les calculateurs radiométriques sont regroupés dans le calculateur de radiométrie.
Le calcul s'applique à un rayonnement monochromatique. Les sources réelles émettent sur une plage de longueurs d'onde ; pour celles-ci, l'énergie du photon doit être pondérée sur l'ensemble du spectre. L'énergie d'un photon pris isolément ne permet aucune conclusion sur un effet chimique ou biologique.
Fondamentaux
L'énergie du photon découle de la relation de Planck-Einstein E = h · c / λ, avec la constante de Planck h = 6,62607015 · 10⁻³⁴ J·s et la vitesse de la lumière c = 299 792 458 m/s (toutes deux définies exactement depuis la révision du SI). En entrant λ en mètres, on obtient E en joules. Pour les électronvolts, il suffit de diviser par la charge élémentaire, ce qui donne la forme abrégée pratique E[eV] = 1239,842 / λ[nm].
| Longueur d'onde | Énergie |
|---|---|
| 254 nm (mercure basse pression) | 4,88 eV |
| 265 nm (LED UVC) | 4,68 eV |
| 280 nm (LED UVC) | 4,43 eV |
| 365 nm (LED UVA) | 3,40 eV |
| 405 nm | 3,06 eV |
Exemple de calcul pour 365 nm : E = 1239,842 / 365 = 3,397 eV, soit 5,44 · 10⁻¹⁹ J.
La formule décrit un photon unique d'une seule longueur d'onde. Une lampe à mercure à pression moyenne émet de nombreuses raies, une LED une bande typiquement de 10 à 15 nm de largeur totale à mi-hauteur — ici, la longueur d'onde centroïde est une approximation, et un travail précis nécessite l'intégration du spectre. L'énergie d'un photon ne dit rien non plus sur la quantité de rayonnement ; cela nécessite l'éclairement énergétique ou le flux de photons.
Questions fréquemment posées
Avec E = h · c / λ. En pratique, la forme abrégée E[eV] = 1239,842 / λ[nm] suffit généralement : 365 nm donne 3,40 eV, 254 nm donne 4,88 eV.
Avec la même formule abrégée. La relation est réciproque, et non linéaire — une longueur d'onde deux fois plus courte signifie une énergie deux fois plus élevée.
Parce que le photon individuel est plus énergétique. À 254 nm, l'énergie du photon dépasse l'énergie de liaison de nombreuses liaisons organiques, ce qui n'est pas le cas à 365 nm. Les UV-C agissent donc directement sur l'ADN, tandis que les UV-A agissent principalement par le biais d'étapes intermédiaires. La classification des plages est décrite dans plages spectrales et normes.
λ = 1239,842 / 3,2 ≈ 387 nm. Pour une excitation fiable, on choisit en pratique une longueur d'onde légèrement plus courte, autour de 365 ou 375 nm.
Non. À l'intérieur d'un milieu, la longueur d'onde raccourcit selon l'indice de réfraction, mais la fréquence et donc l'énergie restent identiques. Les formules doivent utiliser la longueur d'onde dans le vide.
Elle détermine si un photoamorceur est excité ou non. Si la longueur d'onde ne correspond pas à la plage d'absorption de l'amorceur, même une dose élevée ne sera d'aucune aide. Pour en savoir plus, voir photoamorceurs & absorbeurs UV.
Auteur : Dr. Mark Paravia
Dr.-Ing. Mark Paravia est le directeur général d'Opsytec Dr. Gröbel GmbH à Ettlingen et dirige le laboratoire d'étalonnage accrédité. Après ses travaux de recherche sur les décharges excimères au xénon pulsées à l'Institut de technique de l'éclairage du KIT, il se consacre aujourd'hui principalement à la technique de mesure du rayonnement optique. Il est vice-président de la commission de normalisation DIN FNL 7 « Rayonnement optique » et membre du groupe de projet DVGW sur la désinfection UV.
