Електронволт

Електронволт (симбол: eV или еВ) — единица за енергија во физиката. По дефиниција, ова е еднакво на количеството на кинетичка енергија со која ја се здобива еден неврзан електрон кога се забрзува преку електричен напон од еден волт. Така ова е 1 волт (1 џул по кулон) помножен со полнежот на електронот (1 e, или ). Така еден електронволт е еднаков на .
Електронволтот не е SI-единица и неговата вредност се добива по експериментален пат. Ова е често употребувана единица за енергија во физиката, и наоѓа широка примена во физиката на тврдото тело, атомската и јадрената физика, како и честичната физика. Обично се користи со SI-претставките мили-, кило-, мега-, гига-, тера- или пета- (meV, keV, MeV, GeV, TeV и PeV).
Во хемијата, честопати е корисно да се има моларен еквивалент, т.е. кинетичката енергија што би ја добил еден мол електрони минувајќи низ потенцијална разлика од еден волт. Ова е еднакво на . Во електроволти се изразуваат и атомските својства како енергијата на јонизација.
1 Како единица за енергија
Стапки на претворање:
* = (стапката на претворање е бројчено еднаква на елементарниот полнеж изразен во кулони).
* е .
За споредба:
* >10<sup>20</sup> eV: Најенергичните ултрависоко енергични космички зраци.
* 14 TeV: Енергијата на протоните при судир во Големиот хадронски судрувач.
* 1 TeV: Милион милиони електроволти, или , кинетичка енергија на комарец во лет* 210 MeV: Просечната енергија што се ослободува при цепење на еден Pu-239 атом.
* 200 MeV: Вкупната енергија што се ослободува при јадрено цепење на еден U-235 атом (во просек); ова изнесува , или .
* 17.6 MeV: Вкупната енергија што се ослободува при јадрено соединување на деутериум и трициум кога образуваат He-4 (исто така во просек); ова изнесува по произведен килограм, еквивалентно на енергијата ослободена при 100-килотонска експлозија.
* 1 MeV: Или , приближно двапати повеќе од маса-енергија на еден електрон во мирување.
* 13.6 eV: Потребната енергија за јонизација на атомски водород. Молекуларните енергии на ковалентна врска се од редот на еден eV по молекула.
* 1/40 eV: Топлотната енергија на собната температура. Еден молекол во воздухот има просечна кинетичка енергија од 3/80 eV.
2 Како единица за маса
Со еднаквоста на масата и енергијата, електронволтот е исто така и единица за маса. Таа често се среќава во честичната физика, каде масата и енергијата честопати се заменуваат, за употреба на eV/''c''<sup>2</sup>, каде ''c'' е брзината на светлината во вакуум (од ''E =mc<sup>2</sup>''). Уште почесто се користи систем на природни единици и просто се употребува eV, со ''c'' зададено на 1 како единица за маса.
На пример, кога електрон и позитрон имаат маса од по 0,511 MeV/c<sup>2</sup> секој, тие можат да се анихилираат (поништат) за да оддадат 1,022 MeV енергија. Протонот има маса од 0,938 GeV/c<sup>2</sup>, што значи дека гигаелектронволтот е многу згодна единица за маса во честичната физика.
:: 1 GeV/c<sup>2</sup> = 1.783 kg
Единицата за атомска маса, 1 грам поделен со Авогадровиот број ја дава приближно масата на водороден атом, што е главо масата на протонот. За претворање на мегаелектронволти се користи формулата:
::1 еам = 931.46 MeV/c<sup>2</sup> = 0.93146 GeV/c<sup>2</sup>::1 MeV/c<sup>2</sup> = 1.074 еам
3 Однос со единиците за време и растојание
Во честичната физика нашироко се користи систем од единици каде брзината на светлината во вакуум изразена со ''c'', и смалената Планкова константа изразена со ''ħ'', се бездимензионални и еднакви на обединување: . Кај овие единици, растојанијата и времето се изразува преку обратни единици за енергија (истовремено енергијата и амсата се изразуваат со истите единици, видете Еднаквост на масата и енергијата). In particular, particle должините на распрснување честопати се претставуваат со единици за обратни маси на честичките.
Вон овој систем на единици, стапките на претворање помеѓу електроволтот, секундата, и нанометарот се следниве::''ħ'' = .
Горенаведените релации исто така ни овозможуваат да го изразиме средниот животен век ''τ'' на нестабилна честичка (во секунди) по пат на ширината на распад ''Γ'' (во eV) преку ''Γ'' = ''ħ''/''τ''. На пример, B<sup>0</sup> мезонот има среден животен век од 1,542(16) пикосекунди, или ширина на распад од , и неговата средна должина на распад изнесува .
4 Како единица за температура
Во извесни полиња на физиката, како изучувањето на плазмата, електроволтот се употребува како најзгодна единица за температура. Претворањето во келвини (симбол: големо K) се определува со ''k''<sub>B</sub>, наречено Болцманова константа:
:<math>{1 \mbox{ eV} \over k_{\mathrm{B} = {1.602\,176\,53(14) \times 10^{-19} \mbox{ J} \over 1.380\,6505(24) \times 10^{-23} \mbox{ J/K = 11\,604.505(20) \mbox{ K}.</math>
На приемер, типичната плазма при соединување со магнетно врзување има топлина од 15 keV, или 170 мегакелвини.
5 Својства на фотоните
Енергијата ''E'', честотата ''ν'', и брановата должина λ на еден фотон се поврзани со соодносот
:<math>E=h\nu=\frac{hc}{\lambda}=\frac{(4.135 667 33\times 10^{-15}\ \mbox{eV s})(3\times10^{8}\ \mbox{m/s})}{\lambda}</math>
каде ''h'' е Планковата константа и ''c'' е брзината на светлината. За побрза пресметка, ова се сведува на
:<math>E\mbox{(eV)}\approx\frac{1240}{\lambda\ \mbox{(nm)</math>
Поток од фотони со бранова должина од 532 nm (зелено светло) би имал енергија од приближно 2.33 eV. Така, 1 eV соодветствува на поток инфрацрвени фотони со бранова должина од 1240 nm, итн.
1 eV = 8065.5447 cm<sup>−1</sup>
6 Поврзано
* Величински редови (енергија)