Tek bir fotonun enerjisi yalnızca dalga boyuna bağlıdır: dalga boyu ne kadar kısaysa, foton o kadar yüksek enerjilidir. Bu hesaplayıcı nanometre cinsinden bir dalga boyu alır ve foton enerjisini joule ve elektronvolt cinsinden döndürür.
Bu büyüklük, UV ışınlamanın görünür ışıktan neden farklı davrandığını açıklar. 254 nm'de bir foton yaklaşık 4,9 eV taşır, bu değer birçok organik bağın bağlanma enerjisinin üzerindedir – molekülleri doğrudan kırabilir. 400 nm'de bir foton ise yalnızca yaklaşık 3,1 eV taşır. Bir fotobaşlatıcının tepki verip vermeyeceğine, bir yarı iletken geçişinin uyarılıp uyarılmayacağına veya fotokatalitik bir reaksiyonun başlayıp başlamayacağına karar veren tam olarak bu eşik değerdir. eV cinsinden bir bant aralığını biliyorsanız, hesaplayıcı bunun için kullanabileceğiniz en uzun dalga boyunu size bildirir.
Bu hesaplama vakumdaki veya havadaki fotonlar için geçerlidir; kırılma indisi n olan bir ortamda dalga boyu değişir ancak foton enerjisi değişmez. Sabitler CODATA 2018'e göre alınmıştır.
Foton enerjisi doğrudan foton akısına – saniyedeki foton sayısına – götürür. Bu hesaplayıcı, sorunun ortaya çıktığı fotokimya sayfasına gömülüdür. Tüm radyometrik hesaplayıcılar radyometri hesaplayıcısında bir arada bulunur.
Temel Bilgiler
Foton enerjisi, Planck sabiti h = 6,62607015 · 10⁻³⁴ J·s ve ışık hızı c = 299.792.458 m/s (SI revizyonundan itibaren her ikisi de kesin olarak tanımlanmıştır) ile E = h · c / λ Planck–Einstein bağıntısından elde edilir. λ metre olarak girildiğinde E joule biriminde elde edilir. Elektronvolt için, temel yüke bölmek gerekir; bu da kullanışlı kısa biçimi verir: E[eV] = 1239,842 / λ[nm].
| Dalga boyu | Enerji |
|---|---|
| 254 nm (düşük basınçlı cıva) | 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 |
365 nm için çözümlü örnek: E = 1239,842 / 365 = 3,397 eV, bu da 5,44 · 10⁻¹⁹ J'ye eşittir.
Formül, tek bir dalga boyundaki tek bir fotonu tanımlar. Bir orta basınçlı cıva lambası çok sayıda çizgi yayar, bir LED ise genellikle 10–15 nm FWHM genişliğinde bir bant yayar — burada merkez dalga boyu bir yaklaşıklıktır ve doğru bir çalışma için spektrumun integrasyonu gerekir. Foton enerjisi ayrıca ışınım miktarı hakkında hiçbir şey söylemez; bunun için irradyans veya foton akısı gereklidir.
Sıkça Sorulan Sorular
E = h · c / λ ile. Pratikte kısa form E[eV] = 1239,842 / λ[nm] genellikle yeterlidir: 365 nm için 3,40 eV, 254 nm için 4,88 eV verir.
Aynı kısa formülle. Bu ilişki ters orantılıdır, doğrusal değildir — dalga boyunun yarısı, enerjinin iki katı anlamına gelir.
Çünkü tek bir foton daha yüksek enerjiye sahiptir. 254 nm'de foton enerjisi birçok organik bağın bağlanma enerjisini aşarken, 365 nm'de aşmaz. Bu nedenle UV-C, DNA üzerinde doğrudan etki eder, UV-A ise ağırlıklı olarak ara adımlar üzerinden etkir. Aralıkların sınıflandırılması spektral aralıklar ve standartlar altında açıklanmıştır.
λ = 1239,842 / 3,2 ≈ 387 nm. Güvenilir bir uyarma için pratikte biraz daha kısa bir dalga boyu, yaklaşık 365 veya 375 nm, tercih edilir.
Hayır. Bir ortamın içinde dalga boyu kırılma indisi ile kısalır, ancak frekans ve dolayısıyla enerji aynı kalır. Formüllerde vakum dalga boyu kullanılmalıdır.
Bir fotobaşlatıcının hiç uyarılıp uyarılmayacağını bu belirler. Dalga boyu başlatıcının absorpsiyon aralığıyla eşleşmiyorsa, yüksek bir doz bile fayda sağlamaz. Bu konuda daha fazla bilgi için fotobaşlatıcılar & UV absorplayıcılar bölümüne bakınız.
Yazar: Dr. Mark Paravia
Dr.-Ing. Mark Paravia, Ettlingen'de bulunan Opsytec Dr. Gröbel GmbH'nin genel müdürüdür ve akredite kalibrasyon laboratuvarını yönetmektedir. KIT'teki Aydınlatma Teknolojisi Enstitüsü'nde darbeli ksenon eksimer deşarjları üzerine yaptığı araştırmaların ardından, şu anki odak noktası optik radyasyon ölçüm teknolojisidir. DIN Standartlar Komitesi FNL 7 "Optik Radyasyon"un başkan yardımcısı ve DVGW UV Dezenfeksiyon Proje Grubu üyesidir.
