Energin hos en enskild foton beror enbart på dess våglängd: ju kortare våglängd, desto mer energirik är fotonen. Denna kalkylator tar en våglängd i nanometer och returnerar fotonenergin i joule och i elektronvolt.
Storheten förklarar varför UV-strålning verkar annorlunda än synligt ljus. En foton vid 254 nm bär cirka 4,9 eV, över bindningsenergin för många organiska bindningar – den kan bryta molekyler direkt. En foton vid 400 nm bär bara cirka 3,1 eV. Det är exakt denna tröskel som avgör om en fotoinitiator svarar, om en halvledarövergång exciteras, eller om en fotokatalytisk reaktion startar. Om du känner till ett bandgap i eV, talar kalkylatorn om för dig den längsta våglängd du kan använda för det.
Beräkningen gäller för fotoner i vakuum eller luft; i ett medium med brytningsindex n ändras våglängden men inte fotonenergin. Konstanterna följer CODATA 2018.
Fotonenergi leder direkt till fotonflöde – antalet fotoner per sekund. Den kalkylatorn är inbäddad på sidan fotokemi, där frågan uppstår. Alla radiometriska kalkylatorer samlas i radiometrikalkylatorn.
Grunder
Fotonenergin följer av Planck–Einstein-relationen E = h · c / λ, med Planck-konstanten h = 6,62607015 · 10⁻³⁴ J·s och ljusets hastighet c = 299 792 458 m/s (båda exakt definierade sedan SI-revisionen). Om λ anges i meter erhålls E i joule. För elektronvolt divideras med elementarladdningen, vilket ger den praktiska korta formen E[eV] = 1239,842 / λ[nm].
| Våglängd | Energi |
|---|---|
| 254 nm (lågtryckskvicksilver) | 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 |
Räkneexempel för 365 nm: E = 1239,842 / 365 = 3,397 eV, motsvarande 5,44 · 10⁻¹⁹ J.
Formeln beskriver en enskild foton med en enskild våglängd. En kvicksilverlampa med medeltryck avger många linjer, en LED ett band med typiskt 10–15 nm FWHM — här är centroidvåglängden en approximation, och noggrant arbete kräver integrering av spektrumet. Fotonenergi säger heller inget om strålningsmängden; det kräver irradians eller fotonflöde.
Vanliga frågor
Med E = h · c / λ. I praktiken räcker vanligtvis den korta formen E[eV] = 1239,842 / λ[nm]: 365 nm ger 3,40 eV, 254 nm ger 4,88 eV.
Med samma korta formel. Sambandet är omvänt, inte linjärt — halva våglängden innebär dubbla energin.
Eftersom den enskilda fotonen är mer energirik. Vid 254 nm överstiger fotonenergin bindningsenergin hos många organiska bindningar, vid 365 nm gör den inte det. UV-C verkar därför direkt på DNA, medan UV-A huvudsakligen verkar via mellansteg. Klassificeringen av intervallen beskrivs under spektralområden och standarder.
λ = 1239,842 / 3,2 ≈ 387 nm. För tillförlitlig excitering väljs i praktiken en något kortare våglängd, omkring 365 eller 375 nm.
Nej. Inuti ett medium förkortas våglängden med brytningsindex, men frekvensen och därmed energin förblir densamma. Formler måste använda vakuumvåglängden.
Den avgör om en fotoinitiator överhuvudtaget exciteras. Om våglängden inte matchar initiatorns absorptionsområde hjälper inte ens en hög dos. Mer om detta under fotoinitiatorer & UV-absorbatorer.
Författare: Dr. Mark Paravia
Dr.-Ing. Mark Paravia är verkställande direktör för Opsytec Dr. Gröbel GmbH i Ettlingen och leder det ackrediterade kalibreringslaboratoriet. Efter sin forskning om pulsade xenon-excimerurladdningar vid Institute of Lighting Technology vid KIT ligger hans nuvarande fokus på optisk strålningsmätteknik. Han är vice ordförande för DIN-standardiseringskommittén FNL 7 "Optical Radiation" och medlem av DVGW:s projektgrupp för UV-desinfektion.
