Électronvolt

En physique et en chimie, l'électronvolt ou électron-volt (au pluriel électronvolts ou électrons-volts), de symbole , est une unité de mesure d'énergie et par ellipse, dans certaines branches de la physique, d'autres grandeurs physiques comme la masse et la température.

Définition et usages 
La valeur de l’électronvolt est définie comme étant l'énergie cinétique acquise par un électron accéléré depuis le repos par une différence de potentiel d'un volt :  = () × (), où e désigne la valeur absolue de la charge électrique de l'électron (ou charge élémentaire). Un électronvolt est égal à :
1 eV = .

C'est une unité hors Système international d'unités (SI), mais son usage est accepté avec lui. Sa valeur est obtenue expérimentalement.

où :
h =  est la constante de Planck ;
α =  (sans dimension) est la constante de structure fine ;
μ =  est la perméabilité magnétique du vide ;
c =  est la vitesse de la lumière dans le vide ;
J est le symbole du joule ;
C est le symbole du coulomb.

On utilise l'électronvolt notamment en physique des particules pour exprimer les niveaux d'énergie rencontrés dans les accélérateurs de particules et la fusion thermonucléaire, en physique des semi-conducteurs pour exprimer le gap de ceux-ci ou en physique des plasmas :

Sous-multiple et multiples usuels :
 1 meV =  = 
 1 keV =  = 
 1 MeV =  = 
 1 GeV =  = 
 1 TeV =  = 
Autres multiples :
 1 PeV =  = 
 1 EeV =  = 
 1 ZeV =  = 
 1 YeV =  =  = 
 1 ReV =  =  = 
 1 QeV =  =  = 

Dans certains documents relativement anciens, on peut voir la notation « BeV », pour  : le BeV équivaut au GeV (gigaélectronvolt).

En chimie, certaines mesures d'énergie spécifiques, en particulier le potentiel électrochimique, le potentiel d'extraction des éléments, l'énergie d'ionisation des atomes gazeux ou autres molécules en atomistique, l'énergie thermique des molécules, sont assez souvent exprimées en .
 1 eV =  ou

Substitution d'autres unités par l'électronvolt

Unité de masse 
De la relation d'Einstein , on déduit :

Par exemple, la masse de l'électron est de /c, celle du proton de /c et celle du neutron est de /c.

Dans le système d'unités naturelles souvent utilisé par les physiciens des particules, dans lequel on pose c = 1, on omet d'écrire le « /c ».

Unité de quantité de mouvement 
Suivant le raisonnement précédent, on peut également utiliser l'électronvolt comme unité de quantité de mouvement, en eV/c. Là encore, le système d'unités naturelles permet d'écrire directement cette quantité de mouvement en , soit en général en  ou en .

Unité de température 
Dans certains domaines, comme la physique des plasmas, il peut être pratique d'utiliser l'électronvolt comme unité de température. Pour effectuer la conversion, on utilise la constante de Boltzmann k.

Par exemple, une température typique de plasma dans une fusion par confinement magnétique est de , soit  (mégakelvins). La température ambiante (~) correspond à 1/40 d'électronvolt ().

Unité de temps 
Il arrive également que l'on mesure une durée très brève en électronvolts. En effet, d'après la relation de Heisenberg, , on peut faire correspondre un temps à une énergie, et lorsque cette durée est très petite (inférieure à l'attoseconde, soit ), la mesure est moins significative aux yeux de l'observateur exprimée en secondes qu'en eV. La conversion s'effectue par :

On rencontre de telles durées notamment dans les demi-vies de noyaux exotiques. Par exemple, la demi-vie du C est de , soit .

Par souci de commodité, il est fréquent d'omettre le facteur 2 dans les calculs impliquant plusieurs unités. Ainsi, la conversion devient ħ/eV =

Unité de longueur 
Il arrive également que l'on mesure l'énergie des photons en électronvolts.
 soit : 
or h la constante de Planck vaut :

et c la vitesse de la lumière est de .

Donc un photon de  aura une longueur d'onde de . En pratique, on calcule une longueur d'onde de  pour un photon d'.

Dans les calculs impliquant plusieurs unités, il est préférable d'utiliser ħ plutôt que h. La formule pour calculer la vitesse de la lumière reste une distance divisée par un temps (donc, sans ajustement par un facteur 2 π).

Notes et références

Notes

Références

Voir aussi

Articles connexes 
 Préfixes du Système international d'unités
 Prout (unité), ancienne unité.

Liens externes 
  Présentation sur hyperphysics
  Constantes de base avec tableau de conversion des unités d'énergie

Electron-volt
Electron-volt
Electron-volt
Electron-volt
Unité non-SI tolérée par le CIPM