Energien til et enkelt foton avhenger utelukkende av bølgelengden: jo kortere bølgelengde, desto mer energirikt er fotonet. Denne kalkulatoren tar en bølgelengde i nanometer og returnerer fotonenergien i joule og i elektronvolt.
Denne størrelsen forklarer hvorfor UV-stråling virker annerledes enn synlig lys. Et foton ved 254 nm har omtrent 4,9 eV, over bindingsenergien til mange organiske bindinger – det kan bryte molekyler direkte. Et foton ved 400 nm har bare omtrent 3,1 eV. Det er nettopp denne terskelen som avgjør om en fotoinitiator reagerer, om en halvlederovergang eksiteres, eller om en fotokatalytisk reaksjon starter. Hvis du kjenner et båndgap i eV, forteller kalkulatoren deg den lengste bølgelengden du kan bruke for det.
Beregningen gjelder for fotoner i vakuum eller luft; i et medium med brytningsindeks n endres bølgelengden, men fotonenergien gjør det ikke. Konstantene følger CODATA 2018.
Fotonenergi fører direkte videre til fotonfluks – antall fotoner per sekund. Den kalkulatoren er innebygd på siden om fotokjemi, der spørsmålet oppstår. Alle radiometriske kalkulatorer er samlet i radiometrikalkulatoren.
Grunnleggende prinsipper
Fotonenergi følger av Planck-Einstein-relasjonen E = h · c / λ, med Planck-konstanten h = 6,62607015 · 10⁻³⁴ J·s og lyshastigheten c = 299 792 458 m/s (begge eksakt definert siden SI-revisjonen). Hvis λ angis i meter, gis E i joule. For elektronvolt divideres med elementærladningen, noe som gir den praktiske korte formen E[eV] = 1239,842 / λ[nm].
| Bølgelengde | Energi |
|---|---|
| 254 nm (lavtrykk kvikksølv) | 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 |
Utregnet eksempel for 365 nm: E = 1239,842 / 365 = 3,397 eV, tilsvarer 5,44 · 10⁻¹⁹ J.
Formelen beskriver et enkelt foton av en enkelt bølgelengde. En mellomtrykks kvikksølvlampe avgir mange linjer, en LED et bånd med typisk 10–15 nm full bredde ved halv høyde — her er sentroidbølgelengden en tilnærming, og nøyaktig arbeid krever integrering av spekteret. Fotonenergi sier heller ingenting om strålingsmengden; det krever irradians eller fotonfluks.
Ofte stilte spørsmål
Med E = h · c / λ. I praksis er kortformen E[eV] = 1239,842 / λ[nm] vanligvis tilstrekkelig: 365 nm gir 3,40 eV, 254 nm gir 4,88 eV.
Med den samme korte formen. Forholdet er omvendt, ikke lineært — halve bølgelengden betyr dobbel energi.
Fordi det enkelte fotonet er mer energirikt. Ved 254 nm overstiger fotonenergien bindingsenergien til mange organiske bindinger, ved 365 nm gjør den ikke det. UV-C virker derfor direkte på DNA, mens UV-A hovedsakelig virker gjennom mellomsteg. Klassifiseringen av områdene er beskrevet under spektrale områder og standarder.
λ = 1239,842 / 3,2 ≈ 387 nm. For pålitelig eksitasjon velges i praksis en litt kortere bølgelengde, rundt 365 eller 375 nm.
Nei. Inne i et medium blir bølgelengden kortere på grunn av brytningsindeksen, men frekvensen og dermed energien er den samme. Formler må bruke bølgelengden i vakuum.
Den bestemmer om en fotoinitiator overhodet blir eksitert. Hvis bølgelengden ikke stemmer med absorpsjonsområdet til initiatoren, hjelper det ikke selv med en høy dose. Mer om dette under fotoinitiatorer & UV-absorbere.
Forfatter: Dr. Mark Paravia
Dr.-Ing. Mark Paravia er daglig leder for Opsytec Dr. Gröbel GmbH i Ettlingen og leder det akkrediterte kalibreringslaboratoriet. Etter sin forskning på pulserte xenon-eksimerutladninger ved Institute of Lighting Technology ved KIT, er hans nåværende fokus på optisk strålingsmåleteknikk. Han er nestleder for DIN Standards Committee FNL 7 «Optical Radiation» og medlem av DVGW Project Group on UV Disinfection.
