Este conversor de unidades radiométricas reúne os cálculos mais importantes da medição de UV e luz: converta irradiância de W/m² para mW/cm², exposição radiante (dose) de J/m² para mJ/cm², energia de fóton e fluxo de fótons a partir do comprimento de onda, PPFD a partir de dados espectrais, dose UV e tempo de exposição, densidade óptica e transmissão, além da distância limite fotométrica com a lei do inverso do quadrado. Cada cartão calcula em tempo real e explica sua fórmula com um exemplo.
Todas as calculadoras funcionam inteiramente no seu navegador – sem cadastro, sem transferência de dados. Aplicações típicas incluem o desenvolvimento de processos de cura UV e desinfecção, a avaliação de filtros de proteção por meio da densidade óptica, a conversão entre grandezas energéticas e baseadas em fótons para iluminação hortícola, e a estimativa da irradiância em uma distância de trabalho alterada.
Resultados vinculantes sempre vêm de uma medição com um radiômetro ou espectrorradiômetro calibrado – ambos fabricados e calibrados pela Opsytec Dr. Gröbel em seu próprio laboratório. A calculadora substitui, assim, as típicas conversões manuais do laboratório de UV: da conversão de irradiância e cálculo de dose para desinfecção UVC até a densidade de fluxo de fótons para luzes de cultivo; todas as constantes seguem o CODATA 2018.
Calculadoras individuais explicadas em detalhes
Esses cálculos têm uma página própria com a fórmula, um exemplo prático, os limites do modelo e perguntas frequentes:
- Calcular dose de UV – dose a partir da irradiância e do tempo
- Calcular tempo de exposição UV – tempo a partir da dose alvo e da irradiância
- Velocidade da esteira e dose UV – tempo de permanência e dose em processos contínuos
- Calcular transmissão e densidade óptica – OD, transmissão e múltiplos filtros
- Energia do fóton e fluxo de fótons – de comprimento de onda para joules e elétron-volts
Separado, mas relacionado: o explorador do espectro UV posiciona um comprimento de onda dentro das faixas espectrais e apresenta os comprimentos de onda UV comuns lado a lado.
Fórmulas e exemplos para as doze calculadoras
Ambas as unidades descrevem a mesma grandeza — irradiância E (potência por área). Como 1 m² = 10.000 cm² e 1 W = 1000 mW:
Fórmula: 1 W/m² = 0,1 mW/cm² · 1 mW/cm² = 10 W/m²
Exemplo: Um radiômetro UV indica 50 mW/cm² — isso equivale a 500 W/m².
A exposição radiante H (dose) é energia por área. O fator de conversão é o mesmo utilizado para irradiância:
Fórmula: 1 J/m² = 0,1 mJ/cm² · 1 mJ/cm² = 10 J/m²
Exemplo: Uma dose de desinfecção necessária de 400 J/m² é igual a 40 mJ/cm².
Em irradiância constante, a dose cresce linearmente com o tempo — a base de todo projeto de processo UV (cura, desinfecção, testes de envelhecimento):
Fórmula: H = E · t · [mJ/cm²] = [mW/cm²] · [s]
Exemplo: 50 mW/cm² durante 20 s resulta em 1000 mJ/cm² = 1 J/cm².
O inverso da fórmula da dose: por quanto tempo é necessário irradiar para atingir a dose necessária?
Fórmula: t = H / E
Exemplo: 1000 mJ/cm² a 50 mW/cm² leva 20 s; a apenas 10 mW/cm² já leva 100 s (1:40 min).
A energia de um único fóton decorre da constante de Planck h e da velocidade da luz c. Quanto mais curto o comprimento de onda, mais energético é o fóton — motivo pelo qual a radiação UV é quimicamente mais agressiva do que a luz visível.
Fórmula: E = h·c / λ · E[eV] ≈ 1239,842 / λ[nm]
Exemplo: Um fóton de 365 nm (UV-A) carrega 5,44·10⁻¹⁹ J = 3,40 eV.
A potência radiante dividida pela energia de um fóton fornece o número de fótons que a fonte emite por segundo:
Fórmula: N = P / E_Photon = P·λ / (h·c)
Exemplo: 1000 mW a 365 nm corresponde a 1,84·10¹⁸ fótons/s ≈ 3,05 µmol/s.
A densidade de fluxo de fótons fotossintéticos (PPFD) conta os fótons entre 400 e 700 nm que atingem um metro quadrado por segundo. Ela é calculada a partir da irradiância espectral E(λ) por integração (regra do trapézio sobre suas amostras; valores fora de 400–700 nm são ignorados):
Fórmula: PPFD = ∫ E(λ)·λ dλ / (h·c·N_A)
Exemplo: Um espectro plano de 1 W/(m²·nm) entre 400–700 nm (300 W/m² PAR) resulta em ≈ 1379 µmol/(m²·s).
A densidade óptica (absorbância) é o logaritmo decádico negativo da transmissão. Cada etapa de OD significa um fator de 10 vezes menos luz:
Fórmula: OD = −log₁₀(T) · T como fração (10 % = 0,1)
Exemplo: transmissão de 10 % → OD 1; 1 % → OD 2; 0,1 % → OD 3.
O inverso: a partir da densidade óptica obtém-se a fração de luz que atravessa um filtro ou amostra:
Fórmula: T = 10^(−OD) · 100 %
Exemplo: óculos de proteção UV com OD 4 em 365 nm transmitem apenas 0,01 % da radiação.
Quando a luz passa por vários filtros, janelas ou lentes, as transmissões se multiplicam — as densidades ópticas se somam:
Fórmula: T_ges = T₁ · T₂ · … · T_n · OD_ges = OD₁ + OD₂ + …
Exemplo: Duas janelas com 90 % cada e um filtro com 50 % resultam em 0,9·0,9·0,5 = 40,5 % de transmissão total.
A distância limite fotométrica é a distância mínima a partir da qual uma lâmpada extensa pode ser tratada como uma fonte pontual — somente a partir dela é que se aplica a lei do inverso do quadrado (card abaixo). Como regra prática em fotometria e radiometria UV (cf. DIN 5032-1), utiliza-se dez vezes a maior dimensão luminosa; o erro da aproximação de fonte pontual permanece então abaixo de cerca de 1 %. Para medições aproximadas, cinco vezes costuma ser suficiente (erro de alguns pontos percentuais).
Fórmula: d ≥ 10 · D
Exemplo: Um painel de LED com 200 mm de diagonal é fotometricamente pontual apenas a partir de d = 2000 mm = 2 m.
Para uma fonte (aproximadamente) puntiforme, a irradiância diminui com o quadrado da distância. A aproximação é válida no campo distante — além da distância limite fotométrica (veja o cartão acima); perto de emissores de área, E diminui mais lentamente.
Fórmula: E₂ = E₁ · (d₁ / d₂)²
Exemplo: 100 mW/cm² a 100 mm tornam-se 25 mW/cm² a 200 mm (distância dobrada → um quarto).
Perguntas frequentes sobre radiometria
1 W/m² equivale a 0,1 mW/cm², já que 1 m² = 10.000 cm² e 1 W = 1000 mW. Uma leitura de 500 W/m² corresponde, portanto, a 50 mW/cm². O conversor acima funciona em ambas as direções — o mesmo fator se aplica à dose (J/m² ↔ mJ/cm²).
A dose (exposição radiante) é o produto da irradiância pelo tempo de exposição: H = E · t. 50 mW/cm² durante 20 s resulta em 1000 mJ/cm² = 1 J/cm². Por outro lado, o tempo de exposição necessário para uma dose-alvo é obtido por t = H / E.
A irradiância é uma grandeza energética em W/m²; o PPFD conta fótons entre 400 e 700 nm em µmol/(m²·s). A conversão entre elas requer o espectro, pois a energia de um fóton depende do seu comprimento de onda — a calculadora de PPFD integra seus dados espectrais para isso.
Além da distância limite fotométrica — como regra prática, dez vezes a maior dimensão luminosa da lâmpada. Somente ali a fonte pode ser tratada como puntiforme; o erro da aproximação de fonte puntiforme permanece então abaixo de aproximadamente 1 %.
Autor: Dr. Mark Paravia
Dr.-Ing. Mark Paravia é 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.