L'energia di un singolo fotone dipende esclusivamente dalla sua lunghezza d'onda: più corta è la lunghezza d'onda, più energetico è il fotone. Questo calcolatore prende una lunghezza d'onda in nanometri e restituisce l'energia del fotone in joule e in elettronvolt.
Questa grandezza spiega perché la radiazione UV agisce diversamente dalla luce visibile. Un fotone a 254 nm porta circa 4,9 eV, superiore all'energia di legame di molti legami organici – può rompere direttamente le molecole. Un fotone a 400 nm porta solo circa 3,1 eV. È esattamente questa soglia a decidere se un fotoiniziatore risponde, se una transizione in un semiconduttore viene eccitata, o se si avvia una reazione fotocatalitica. Se conoscete un band gap in eV, il calcolatore vi indica la lunghezza d'onda massima utilizzabile per esso.
Il calcolo si applica ai fotoni nel vuoto o in aria; in un mezzo con indice di rifrazione n la lunghezza d'onda cambia, ma l'energia del fotone no. Le costanti seguono il CODATA 2018.
L'energia del fotone conduce direttamente al flusso di fotoni – il numero di fotoni al secondo. Quel calcolatore è integrato nella pagina fotochimica, dove nasce la domanda. Tutti i calcolatori radiometrici sono raccolti nel calcolatore di radiometria.
Fondamenti
L'energia del fotone deriva dalla relazione di Planck-Einstein E = h · c / λ, con la costante di Planck h = 6,62607015 · 10⁻³⁴ J·s e la velocità della luce c = 299.792.458 m/s (entrambe definite in modo esatto a partire dalla revisione del SI). Inserendo λ in metri si ottiene E in joule. Per gli elettronvolt, si divide per la carica elementare, il che fornisce la comoda forma abbreviata E[eV] = 1239,842 / λ[nm].
| Lunghezza d'onda | Energia |
|---|---|
| 254 nm (mercurio a bassa pressione) | 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 |
Esempio pratico per 365 nm: E = 1239,842 / 365 = 3,397 eV, pari a 5,44 · 10⁻¹⁹ J.
La formula descrive un singolo fotone di una singola lunghezza d'onda. Una lampada a vapori di mercurio a media pressione emette molte righe, un LED una banda tipicamente di 10–15 nm FWHM — qui la lunghezza d'onda del centroide è un'approssimazione, e un lavoro accurato richiede l'integrazione dello spettro. L'energia del fotone non dice nulla nemmeno sulla quantità di radiazione; per questo servono l'irradianza o il flusso di fotoni.
Domande frequenti
Con E = h · c / λ. In pratica la forma abbreviata E[eV] = 1239,842 / λ[nm] è di solito sufficiente: 365 nm dà 3,40 eV, 254 nm dà 4,88 eV.
Con la stessa formula breve. La relazione è reciproca, non lineare: metà della lunghezza d'onda significa il doppio dell'energia.
Perché il singolo fotone è più energetico. A 254 nm l'energia del fotone supera l'energia di legame di molti legami organici, a 365 nm invece no. Gli UV-C agiscono quindi direttamente sul DNA, mentre gli UV-A agiscono prevalentemente tramite passaggi intermedi. La classificazione degli intervalli è descritta in intervalli spettrali e norme.
λ = 1239,842 / 3,2 ≈ 387 nm. Per un'eccitazione affidabile, nella pratica si sceglie una lunghezza d'onda leggermente più corta, intorno a 365 o 375 nm.
No. All'interno di un mezzo la lunghezza d'onda si accorcia in base all'indice di rifrazione, ma la frequenza e quindi l'energia rimangono le stesse. Le formule devono utilizzare la lunghezza d'onda nel vuoto.
Essa determina se un fotoiniziatore viene eccitato o meno. Se la lunghezza d'onda non corrisponde all'intervallo di assorbimento dell'iniziatore, anche una dose elevata non sarà d'aiuto. Maggiori informazioni al riguardo alla pagina fotoiniziatori e assorbitori UV.
Autore: Dr. Mark Paravia
Il Dr.-Ing. Mark Paravia è amministratore delegato di Opsytec Dr. Gröbel GmbH a Ettlingen e dirige il laboratorio di taratura accreditato. Dopo le sue ricerche sulle scariche a eccimeri di xeno pulsato presso l'Institute of Lighting Technology del KIT, il suo attuale focus è sulla tecnica di misurazione della radiazione ottica. È vicepresidente del comitato di normazione DIN FNL 7 "Radiazione ottica" ed è membro del gruppo di progetto DVGW sulla disinfezione UV.
