Електронволт, -{eV}-, је јединица енергије једнака кинетичкој енергији коју задобије слободни електрон у вакууму проласком кроз потенцијалну разлику од једног волта. Другим речима, то је један волт (1 волт = 1 џул по кулону) пута наелектрисање једног електрона (у кулонима). Један електронволт је врло мала јединица енергије: 1 eV = 1,602 176 53(14) J.CODATA Internationally recommended values of the Fundamental Physical Constants
У физици, електронволтIUPAC Gold Book, p. 75SI brochure , Sec. 4.1 Table 7 (симбол -{eV}-; такође се пише електрон волт) јесте јединица енергије једнака приближно 160 зептоџула (симбол -{zJ}-) или 6981160000000000000♠1,6×10−19 џула (симбол -{J}-). По дефиницији, то је количина енергије добијене (или изгубљене) набојем једног електрона који се помера кроз електричну потенцијалну разлику једног волта. Тако је 1 волт (1 џул по кулону или 7000100000000000000♠1 -{J/°C}-) помножен елементарним набојем (-{e}-, или 6981160217656499999♠1,602176565(35)×10−19 -{C}-). Отуда је, један електронволт једнак 6981160217656499999♠1,602176565(35)×10−19 -{J}-. Историјски, електронволт је био стандардна јединица мере кроз своју користивост у електростатичком акцелератору честица због честица са набојем q који има енергију E = qV кроз пролазак кроз потенцијал -{V}-; ако се q узима у целобројним јединицама елементарног набоја и терминални преднапон у волтима, добија се енергија у -{eV}-.
Електронволт није СИ јединица, те је његова дефиниција емпиријска (за разлику од литра, светлосне године и осталих таквих не-СИ јединица), тако да његова вредност у СИ јединицама мора бити добијена експериментално. Као елементарни набој на којем је заснован, он није независног квантитета него је једнак 1 J/-{C}- √2-{h}-α / μ0-{c}-0. То је општа јединица енергије у физици, шире кориштена у чврстом стању, атомској, нуклеарној и физици честица. Често се користи са метричким префиксима мили-, кило-, мега-, гига-, тера-, пета- или екса- (-{meV, keV, MeV, GeV, TeV, PeV}- и -{EeV}- респективно). Тако -{meV}- стоји за милиелектронволт.
У неким старијим документима, и у имену Беватрон, симбол -{BeV}- се користи, који стоји за милијарду -{eV}-; то је еквивалент за -{GeV}-. Мера Јединица СИ вредност јединице Енергија -{eV}- 6981160217656499999♠1,602176565(35)×10−19 -{J}- Маса -{eV/c2}- 6964178266199900000♠1,782662×10−36 -{kg}- Импулс -{eV/c}- 6972534428600000000♠5,344286×10−28 -{kg⋅m/s}- Температура -{eV/kB}- 7004116045050099999♠11604.505(20) K Време -{ħ/eV}- 6984658211900000000♠6,582119×10−16 s Удаљеност -{ħc/eV}- 6993197327000000000♠1,97327×10−7 -{m}-
Дефиниција
Електронволт је количина кинетичке енергије стечена или изгубљена једним електроном који убрзава из мировања кроз електричну разлику потенцијала од једног волта у вакууму. Отуда има вредност од једног волта, , помноженог са елементарним наелектрисањем електрона -{e}-, Према томе, један електронволт је једнак
Електронволт, за разлику од волта, није СИ јединица. Електронволт (-{eV}-) је јединица енергије док је волт (-{V}-) изведена СИ јединица електричног потенцијала. СИ јединица за енергију је џул (-{J}-).
Однос према другим физичким својствима и јединицама Маса
Еквиваленцијом масе и енергије, електронволта је такође јединица масе. Уобичајено је у физици честица, где се јединице масе и енергије често замењују, да се маса изражава у јединицама -{eV/c2}-, где је -{c}- брзина светлости у вакууму (од ). Уобичајено је да се маса једноставно изражава у виду „-{eV}-” као јединицом масе, ефикасно користећи систем природних јединица са -{c}- подешеним на 1.Barrow, J. D. : 24. Еквивалент масе од је
На пример, електрон и позитрон, сваки са масом од , могу да се униште дајући енергије. Маса протона је . Генерално, масе свих хадрона су реда , што -{GeV}- (гигаелектронволт) чини погодном јединицом масе за физику честица:
= .
Обједињена атомска јединица масе (-{u}-), готово тачно 1 грам подељена Авогадровим бројем, готово је маса атома водоника, што је углавном маса протона. Да би се претворила у електронволте, користи се формула:
1 u = = .
Коришћење електронволта за изражавање масе Према Ајнштајну енергија је еквивалентна маси, E=mc² (1 -{kg}- = 90 пета џула). Због тога је у физици елементарних честица, где се маса и енергија користе као синоними, уобичајена употреба јединице eV/c² или још једноставније само eV за изражавање масе.
На пример, електрон и позитрон сваки са масом од 0,511 MeV/c², могу да се анихилирају ослобађајући енергију од 1,022 MeV. Протон има масу од 0,938 GeV, што чини GeV (гигаелектронволт)врло погодном јединицом за масу субатомских честица. 1 eV/c² = 1,783 kg 1 keV/c² = 1,783 kg 1 MeV/c² = 1,783 kg 1 GeV/c² = 1,783 kg 1 TeV/c² = 1,783 kg 1 PeV/c² = 1,783 kg 1 EeV/c² = 1,783 kg
Електронволт и енергија За поређење:
3,2 Ј или 200 -{MeV}- је тотална енергија ослобођена цепањем једног атома U-235 (ово је средња вредност; права вредност зависи од начина цепања) 3,5 Ј или 210 -{MeV}- је средња вредност енергије ослобођене при цепању једног атома Pu-239 atom (права вредност зависи од начина цепања) Енергије хемијских веза су реда електронволта по молекулу. Кинетичка енергија молекула у атмосфери на собној температури је око 1 J или 1/40 eV. Израз показује зашто је eV основна јединица за енергију пошто или еквивалентно чиме се уклања погрешно веровање да је eV јединица за потенцијал или наелектрисање.
Електронволт и особине фотона
Енергија, E, фреквенција, ν, и таласна дужина, λ фотона повезани су изразом
где је h Планкова константа а c брзина светлости. На пример, спектар видљивог зрачења простире се у опсегу таласних дужина 400 nm до 700 nm. Стога фотони видљивог зрачења имају енергије од
до
.
Електронволт и температура У неким областима, као што је физика плазме, уобичајено је да се електронволт користи као јединица температуре. Конверзија у келвине, К, постиже се преко Болцманове константе, kB
На пример, типична плазма у фузији је енергије 15 keV, или 174 мегакелвина.
Употреба електронволта за изражавање времена и растојања У физици честица, растојање и време се понекад изражава у инверзним електронволтима преко фактора конверзијеK. Hagiwara et al, Review of Particle Physics, Phys. Rev. D66, 010001 (2002)
= 6,582 118 89(26) x 10-16 eV s = 197,326 960 2(77) eV nm
Растојање
У физици честица широко се користи систем природних јединица у којима су брзина светлости у вакууму c и редукована Планкова константа ħ бездимензионалне и једнаке јединици: . У овим јединицама се изражавају растојања и времена у инверзним енергетским јединицама (док су енергија и маса изражене у истим јединицама, погледајте еквивалентност масе и енергије). Конкретно, дужине расејања честица се често представљају помоћу јединице инверзне масе честица.
Изван овог система јединица, фактори конверзије између електронволта, секунде и нанометра су следећи:
Горе наведени односи такође омогућавају да се изрази средњи животни век τ нестабилне честице (у секундама) у смислу њене ширине распада Γ (у eV) преко . На пример, мезон има животни век од 1,530(9) пикосекунди, средња дужина распада је , или ширина распада од .
Супротно томе, мале разлике у маси мезона одговорне за мезонске осцилације често се изражавају у погоднијим инверзним пикосекундама.
Енергија у електронволтима се понекад изражава кроз таласну дужину светлости са фотонима исте енергије:
Таласна дужина thumb|Енергија фотона у видљивом спектру у eV|239x239px thumb|Граф таласне дужине (nm) у односу на енергију (eV)
Енергија E, фреквенција ν и таласна дужина λ фотона су повезане са
где је h Планкова константа, c је брзина светлости. Ово се своди на
Фотон са таласном дужином од (зелено светло) имао би енергију од приближно . Слично, би одговарао инфрацрвеном фотону таласне дужине или фреквенције .
Експерименти расејања
У експерименту нискоенергетског нуклеарног расејања, уобичајено је да се енергија нуклеарног трзаја означава у јединицама eVr, keVr, итд. Ово разликује енергију нуклеарног трзаја од „електронског еквивалента“ енергије трзања (eVee, keVee, итд.) мерено сцинтилационом светлошћу. На пример, принос фотоцеви се мери у phe/keVee (фотоелектрони по keV електрон-еквивалентној енергији). Однос између eV, eVr, и eVeeе зависи од средине у којој се расејање одвија и мора се утврдити емпиријски за сваки материјал.
Поређења енергије
right|frame|Фреквенција фотона насупрот енергије честице у електронволтима. Енергија фотона варира са фреквенцијом фотона, што је везано константом брзине светлости. Ови контрасти са масивним честицама од којих енергија зависи од своје брзине и остатка масе.
Легенда γ: Гама зраци-{MIR}-: средње инфрацрвено-{HF}-: висока фреквенција.-{HX}-: Јаки X-зраци-{FIR}-: далеко инфрацрвено-{MF}-: средња фреквенција.-{SX}-: Благи X-зрациРадио талас-{LF}-: ниска фреквенција.-{EUV}-: Екстремна ултраљубичаста-{EHF}-= екстремно висока фреквенција-{VLF}-: веома ниска фреквенција-{NUV}-: Близу ултраљубичастог-{SHF}-= супер висока фреквенција-{VF/ULF}-: збучна фреквенцијаВидљиво светло-{UHF}-= ултра висока фреквенција-{SLF}-: супер ниска фреквенција-{NIR}-: Близо инфрацрвеног-{VHF}-= веома висока фреквенција-{ELF}-: екстремно ниска фреквенцијаФрек.: Фреквенција
Енергија Извор маса-енергија све обичне материје у видљивом универзуму енергија ослобођена од експлозије 20 килотонског ТНТ еквивалента (нпр. принос нуклеарног оружја фисионе бомбе Дебељко) Планкова енергија приближна енергија великог уједињења прва примећена честица космичког зрака ултра-високе енергије, такозвана честица Ох-Боже енергија коју троши уређај од 10 вати (нпр. типична ЛЕД сијалица) у једној секунди ( = ≈ ) неутрино највеће енергије који је откривен неутрино телескопом Ајскјуб на Антарктику пројектована енергија судара у центру масе протона на Великом хадронском сударачу (радио на 3,5 TeV од свог почетка 30. марта 2010. године, достигао 13 TeV у мају 2015.) , око кинетичке енергије летећег комарца енергија масе мировања горњег кварка, најтеже елементарне честице за коју је ово одређено енергија масе мировања Хигсовог бозона, мерена са два одвојена детектора на LHC-у са сигурношћу бољом од 5 сигма просечна енергија ослобођена при фисији једног атома Pu-239 приближна просечна енергија ослобођена при нуклеарној фисији једног атома U-235. енергија масе мировања миона просечна енергија ослобођена у нуклеарној фузији деутеријума и трицијума да би се формирао He-4; ово је по килограму произведеног производа приближна просечна енергија ослобођена у нуклеарној фисији неутрона ослобођеног из једног атома U-235. Енергија масе мировања горњег кварка, кварка најниже масе. , око двоструке енергије масе мировања електрона приближна топлотна енергија, , у системима нуклеарне фузије, као што је језгро сунца, магнетно затворене плазме, инерцијално ограничење и нуклеарно оружје енергија потребна за јонизацију атомског водоника; енергије молекуларне везе су реда величине од до по вези опсег енергије фотона видљивог спектра од црвене до љубичасте енергија потребна за прекид ковалентне везе у силицијуму енергија потребна за прекид ковалентне везе у германијуму < горња граница енергије масе мировања неутрина (збир 3 укуса) просечна кинетичка енергија, , једног молекула гаса на собној температури топлотна енергија, , на собној температури топлотна енергија, , на температури космичког микроталасног позадинског зрачења од ~2,7 келвина
Моларна енергија
Један мол честица са 1 eV енергије има приближно 96,5 kJ енергије – ово одговара Фарадејевој константи (F ≈ ), где је енергија у џулима од n мола честица са енергијом E eV једнака са E·F·n.
Види још Термодинамика
Референце
Литература
Спољашње везе
-{BIPM's definition of the electronvolt}- -{physical constants reference; CODATA data}-
Категорија:СИ изведене јединице Категорија:Јединице за енергију