A energia de um único fóton depende exclusivamente do seu comprimento de onda: quanto mais curto o comprimento de onda, mais energético é o fóton. Esta calculadora recebe um comprimento de onda em nanômetros e retorna a energia do fóton em joules e em elétron-volts.
Essa grandeza explica por que a radiação UV atua de forma diferente da luz visível. Um fóton em 254 nm carrega cerca de 4,9 eV, acima da energia de ligação de muitas ligações orgânicas – ele pode romper moléculas diretamente. Um fóton em 400 nm carrega apenas cerca de 3,1 eV. É exatamente esse limiar que decide se um fotoiniciador reage, se uma transição em um semicondutor é excitada, ou se uma reação fotocatalítica é iniciada. Se você conhece um band gap em eV, a calculadora informa o maior comprimento de onda que pode ser usado para ele.
O cálculo se aplica a fótons no vácuo ou no ar; em um meio com índice de refração n o comprimento de onda muda, mas a energia do fóton não. As constantes seguem o CODATA 2018.
A energia do fóton leva diretamente ao fluxo de fótons – o número de fótons por segundo. Essa calculadora está incorporada na página de fotoquímica, onde essa questão surge. Todas as calculadoras radiométricas estão reunidas na calculadora de radiometria.
Fundamentos
A energia do fóton decorre da relação de Planck-Einstein E = h · c / λ, com a constante de Planck h = 6,62607015 · 10⁻³⁴ J·s e a velocidade da luz c = 299.792.458 m/s (ambas definidas exatamente desde a revisão do SI). Inserindo λ em metros, obtém-se E em joules. Para elétrons-volt, divide-se pela carga elementar, o que resulta na conveniente forma abreviada E[eV] = 1239,842 / λ[nm].
| Comprimento de onda | Energia |
|---|---|
| 254 nm (mercúrio de baixa pressão) | 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 |
Exemplo prático para 365 nm: E = 1.239,842 / 365 = 3,397 eV, equivalente a 5,44 · 10⁻¹⁹ J.
A fórmula descreve um único fóton de um único comprimento de onda. Uma lâmpada de mercúrio de média pressão emite muitas linhas, um LED uma banda de tipicamente 10–15 nm de largura total a meia altura — aqui o comprimento de onda central é uma aproximação, e um trabalho preciso requer a integração do espectro. A energia do fóton também não diz nada sobre a quantidade de radiação; isso requer irradiância ou fluxo de fótons.
Perguntas frequentes
Com E = h · c / λ. Na prática, a forma abreviada E[eV] = 1239,842 / λ[nm] geralmente é suficiente: 365 nm resulta em 3,40 eV, 254 nm resulta em 4,88 eV.
Com a mesma fórmula abreviada. A relação é recíproca, não linear — metade do comprimento de onda significa o dobro da energia.
Porque o fóton individual é mais energético. Em 254 nm, a energia do fóton excede a energia de ligação de muitas ligações orgânicas; em 365 nm, isso não ocorre. Portanto, o UV-C atua diretamente sobre o DNA, enquanto o UV-A atua predominantemente por meio de etapas intermediárias. A classificação das faixas é descrita em faixas espectrais e normas.
λ = 1.239,842 / 3,2 ≈ 387 nm. Para uma excitação confiável, na prática escolhe-se um comprimento de onda um pouco mais curto, em torno de 365 ou 375 nm.
Não. Dentro de um meio, o comprimento de onda diminui de acordo com o índice de refração, mas a frequência e, portanto, a energia permanecem as mesmas. As fórmulas devem usar o comprimento de onda no vácuo.
Ela decide se um fotoiniciador é excitado ou não. Se o comprimento de onda não corresponder à faixa de absorção do iniciador, mesmo uma dose alta não ajudará. Mais sobre isso em fotoiniciadores & absorvedores UV.
Autor: Dr. Mark Paravia
Dr.-Ing. Mark Paravia é o diretor executivo da Opsytec Dr. Gröbel GmbH em Ettlingen e chefia o laboratório de calibração acreditado. Após suas pesquisas sobre descargas de excímero de xenônio pulsado no Instituto de Tecnologia de Iluminação do KIT, seu foco atual está na tecnologia de medição de radiação óptica. Ele é vice-presidente do Comitê de Normas DIN FNL 7 "Radiação Óptica" e membro do Grupo de Projeto DVGW sobre Desinfecção UV.
