Questo convertitore di unità radiometriche riunisce i calcoli più importanti della misurazione UV e della luce: converte l'irradianza da W/m² a mW/cm², l'esposizione radiante (dose) da J/m² a mJ/cm², l'energia dei fotoni e il flusso di fotoni dalla lunghezza d'onda, il PPFD da dati spettrali, la dose UV e il tempo di esposizione, la densità ottica e la trasmissione, oltre alla distanza limite fotometrica con la legge dell'inverso del quadrato. Ogni scheda calcola in tempo reale e spiega la propria formula con un esempio.
Tutti i calcolatori funzionano interamente nel vostro browser – nessuna registrazione, nessun trasferimento di dati. Le applicazioni tipiche comprendono la progettazione di processi di polimerizzazione UV e disinfezione, la valutazione di filtri protettivi tramite la densità ottica, la conversione tra grandezze energetiche e basate sui fotoni per l'illuminazione orticola e la stima dell'irradianza a una distanza di lavoro modificata.
I risultati vincolanti derivano sempre da una misurazione con un radiometro o spettroradiometro tarato – entrambi prodotti e tarati da Opsytec Dr. Gröbel nel proprio laboratorio. Il calcolatore sostituisce quindi le tipiche conversioni manuali del laboratorio UV: dalla conversione dell'irradianza e dal calcolo della dose per la disinfezione UVC fino alla densità di flusso di fotoni per le luci di coltivazione; tutte le costanti seguono il CODATA 2018.
Calcolatori singoli spiegati in dettaglio
Questi calcoli dispongono di una pagina dedicata con la formula, un esempio svolto, i limiti del modello e le domande frequenti:
- Calcolare la dose UV – dose da irradianza e tempo
- Calcolare il tempo di esposizione UV – tempo dalla dose target e dall'irradianza
- Velocità del nastro e dose UV – tempo di permanenza e dose nei processi continui
- Calcolare la trasmissione e la densità ottica – OD, trasmissione e filtri multipli
- Energia del fotone e flusso di fotoni – da lunghezza d'onda a joule ed elettronvolt
Separato ma correlato: l'esploratore dello spettro UV colloca una lunghezza d'onda negli intervalli spettrali e mette a confronto le lunghezze d'onda UV più comuni.
Formule ed esempi per i dodici calcolatori
Entrambe le unità descrivono la stessa grandezza — l'irradianza E (potenza per superficie). Poiché 1 m² = 10.000 cm² e 1 W = 1000 mW:
Formula: 1 W/m² = 0,1 mW/cm² · 1 mW/cm² = 10 W/m²
Esempio: Un radiometro UV indica 50 mW/cm² — che corrisponde a 500 W/m².
L'esposizione radiante H (dose) è energia per superficie. Il fattore di conversione è lo stesso dell'irradianza:
Formula: 1 J/m² = 0,1 mJ/cm² · 1 mJ/cm² = 10 J/m²
Esempio: Una dose di disinfezione richiesta di 400 J/m² equivale a 40 mJ/cm².
A irradianza costante la dose cresce linearmente con il tempo — la base di ogni progettazione di processo UV (polimerizzazione, disinfezione, test di invecchiamento):
Formula: H = E · t · [mJ/cm²] = [mW/cm²] · [s]
Esempio: 50 mW/cm² per 20 s dà 1000 mJ/cm² = 1 J/cm².
L'inverso della formula della dose: per quanto tempo occorre irraggiare per raggiungere la dose richiesta?
Formula: t = H / E
Esempio: 1000 mJ/cm² a 50 mW/cm² richiedono 20 s; a soli 10 mW/cm² occorrono già 100 s (1:40 min).
L'energia di un singolo fotone deriva dalla costante di Planck h e dalla velocità della luce c. Più corta è la lunghezza d'onda, più energetico è il fotone — motivo per cui la radiazione UV è chimicamente più aggressiva della luce visibile.
Formula: E = h·c / λ · E[eV] ≈ 1.239,842 / λ[nm]
Esempio: Un fotone a 365 nm (UV-A) porta 5,44·10⁻¹⁹ J = 3,40 eV.
La potenza radiante divisa per l'energia di un fotone fornisce il numero di fotoni emessi dalla sorgente al secondo:
Formula: N = P / E_Photon = P·λ / (h·c)
Esempio: 1000 mW a 365 nm corrisponde a 1,84·10¹⁸ fotoni/s ≈ 3,05 µmol/s.
La densità di flusso fotonico fotosintetico (PPFD) conta i fotoni tra 400 e 700 nm che colpiscono un metro quadrato al secondo. Viene calcolata dall'irradianza spettrale E(λ) mediante integrazione (regola dei trapezi sui campioni; i valori fuori dall'intervallo 400–700 nm vengono ignorati):
Formula: PPFD = ∫ E(λ)·λ dλ / (h·c·N_A)
Esempio: uno spettro piatto di 1 W/(m²·nm) nell'intervallo 400–700 nm (300 W/m² PAR) produce ≈ 1379 µmol/(m²·s).
La densità ottica (assorbanza) è il logaritmo decadico negativo della trasmissione. Ogni step di OD significa un fattore 10 di luce in meno:
Formula: OD = −log₁₀(T) · T come frazione (10 % = 0,1)
Esempio: trasmissione 10 % → OD 1; 1 % → OD 2; 0,1 % → OD 3.
L'inverso: dalla densità ottica deriva la frazione di luce che attraversa un filtro o un campione:
Formula: T = 10^(−OD) · 100 %
Esempio: occhiali di sicurezza UV con OD 4 a 365 nm trasmettono solo lo 0,01 % della radiazione.
Quando la luce passa attraverso più filtri, finestre o lenti, le trasmissioni si moltiplicano — le densità ottiche si somm ano:
Formula: T_ges = T₁ · T₂ · … · T_n · OD_ges = OD₁ + OD₂ + …
Esempio: Due finestre al 90 % ciascuna e un filtro al 50 % danno 0,9·0,9·0,5 = 40,5 % di trasmissione totale.
La distanza fotometrica limite è la distanza minima oltre la quale una lampada estesa può essere considerata come una sorgente puntiforme — solo allora si applica la legge dell'inverso del quadrato (scheda sotto). Come regola empirica nella fotometria e nella metrologia UV (cfr. DIN 5032-1), si utilizza dieci volte la dimensione luminosa massima; l'errore dell'approssimazione a sorgente puntiforme rimane quindi al di sotto di circa l'1 %. Per misurazioni approssimative è spesso sufficiente cinque volte (un errore di alcuni punti percentuali).
Formula: d ≥ 10 · D
Esempio: Un pannello LED con una diagonale di 200 mm è fotometricamente puntiforme solo oltre d = 2000 mm = 2 m.
Per una sorgente (approssimativamente) puntiforme, l'irradianza diminuisce con il quadrato della distanza. L'approssimazione vale nel campo lontano — oltre la distanza limite fotometrica (vedi scheda sopra); vicino a emettitori piani E diminuisce più lentamente.
Formula: E₂ = E₁ · (d₁ / d₂)²
Esempio: 100 mW/cm² a 100 mm diventano 25 mW/cm² a 200 mm (doppia distanza → un quarto).
Domande frequenti sulla radiometria
1 W/m² equivale a 0,1 mW/cm², poiché 1 m² = 10.000 cm² e 1 W = 1000 mW. Un valore di 500 W/m² corrisponde quindi a 50 mW/cm². Il convertitore sopra funziona in entrambe le direzioni — lo stesso fattore si applica alla dose (J/m² ↔ mJ/cm²).
La dose (esposizione radiante) è il prodotto dell'irradianza e del tempo di esposizione: H = E · t. 50 mW/cm² per 20 s danno 1000 mJ/cm² = 1 J/cm². Al contrario, il tempo di esposizione necessario per una dose target si ottiene da t = H / E.
L'irradianza è una grandezza energetica in W/m²; il PPFD conta i fotoni tra 400 e 700 nm in µmol/(m²·s). La conversione tra le due richiede lo spettro, poiché l'energia di un fotone dipende dalla sua lunghezza d'onda — il calcolatore PPFD integra a tale scopo i vostri dati spettrali.
Oltre la distanza limite fotometrica — di norma dieci volte la dimensione luminosa massima della lampada. Solo a partire da tale distanza la sorgente può essere considerata puntiforme; l'errore dell'approssimazione a sorgente puntiforme rimane quindi inferiore a circa l'1 %.
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 eccimeriche pulsate allo xeno presso l'Institute of Lighting Technology del KIT, il suo attuale ambito di interesse è la tecnica di misurazione delle radiazioni ottiche. È vicepresidente del comitato normativo DIN FNL 7 "Optical Radiation" e membro del gruppo di progetto DVGW sulla disinfezione UV.