Електронволт

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-зраци	Радио 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 фреквенција
Видљиво светло	UHF= ултра висока фреквенција	SLF: супер ниска фреквенција
NIR: Близо инфрацрвеног	VHF= веома висока фреквенција	ELF: екстремно ниска фреквенција
Фрек.: Фреквенција

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)×10⁻¹⁹ J.

У физици, електронволт (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 √2hα / μ₀c₀. 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
Моменат	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, 7000100000000000000♠1 J/C, помноженог са елементарним наелектрисањем електрона e, 6981160217662079999♠1,602,176,6208(98)×10⁻¹⁹ C. Према томе, један електронволт је једнак 6981160217662079999♠1,602,176,6208(98)×10⁻¹⁹ J.

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).

Маса

Еквиваленцијом масе и енергије, електроволта 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 E = mc²). Уобичајено је да се маса једноставно изражава у виду „eV” као јединицом масе, ефикасно користећи систем природних јединица са c подешеним на 1. Еквивалент масе од 7000100000000000000♠1 eV/c² је

$1\;{\text{eV}}/c^{2}={\frac {(1.602\ 176\ 634\times 10^{-19}\;{\text{C}})\cdot 1\;{\text{V}}}{(2.99\ 792\ 458\times 10^{8}\;{\text{m}}/{\text{s}})^{2}}}=1.782\ 661\ 92\times 10^{-36}\;{\text{kg}}.$

На пример, електрон и позитрон, сваки са масом од 6999511000000000000♠0,511 MeV/c², могу да се униште дајући 6987163742436971400♠1,022 MeV енергије. Маса протона је 6999938000000000000♠0,938 GeV/c². Генерално, масе свих хадрона су реда 7000100000000000000♠1 GeV/c², што GeV (гигаелектронволт) чини погодном јединицом масе за физику честица:

7000100000000000000♠1 GeV/c² = 6973178266192000000♠1,782,661,92×10⁻²⁷ kg.

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 = 7002931494100000000♠931,4941 MeV/c² = 6999931494100000000♠0,931,4941 GeV/c².

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 = 1,783×10⁻³⁶ kg

1 keV/c² = 1,783×10⁻³³ kg

1 MeV/c² = 1,783×10⁻³⁰ kg

1 GeV/c² = 1,783×10⁻²⁷ kg

1 TeV/c² = 1,783×10⁻²⁴ kg

1 PeV/c² = 1,783×10⁻²¹ kg

1 EeV/c² = 1,783×10⁻¹⁸ kg

Електронволт и енергија

За поређење:

• 3,2×10⁻¹¹ Ј или 200 MeV је тотална енергија ослобођена цепањем једног атома U-235 (ово је средња вредност; права вредност зависи од начина цепања)
• 3,5×10⁻¹¹ 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 собоној темеператури је око 1 ×10⁻²¹ J или 1/40 eV.
• Израз $1eV=1V\times q_{e}$ показује зашто је eV основна јединица за енергију пошто $V\ {\stackrel {\mathrm {def} }{=}}\ {W \over q_{0}}$ или еквивалентно $V\ {\stackrel {\mathrm {def} }{=}}\ {\triangle E \over q_{0}}$ чиме се уклања погрешно веровање да је eV јединица за потенцијал или наелктрисање.

Електронволт и особине фотона

Енергија, E, фреквенција, ν, и таласна дужина, λ фотона повезани су изразом

$E=h\nu ={\frac {hc}{\lambda }}={\frac {1240~{\rm {nm~eV}}}{\lambda }}$

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

$E_{min}={\frac {1240~{\rm {nm~eV}}}{700~{\rm {nm}}}}=1,77~{\rm {eV}}$

до

$E_{max}={\frac {1240~{\rm {nm~eV}}}{400~{\rm {nm}}}}=3,10~{\rm {eV}}$.

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, k_B

${1{\mbox{ eV}} \over k_{B}}={1,60217653(14)\times 10^{-19}{\mbox{J}} \over 1,3806505(24)\times 10^{-23}{\mbox{J/K}}}=11604,505(20){\mbox{ kelvins}}$

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 конверзије

• $\hbar$ = 6,582 118 89(26) x 10^-16 eV s
• $\hbar c$ = 197,326 960 2(77) eV nm

Види још

• Термодинамика

Литература

• E Richard Cohen; Tom Cvitas; Jeremy G Frey; Bertil Holstrom; John W Jost, ур. (2007). Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry (PDF). International Union of Pure and Applied Chemistry (3. изд.). Royal Society of Chemistry; 3rd edition. ISBN 0854044337. 

• International Union of Pure and Applied Chemistry (1993). Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry, 2nd edition, Oxford: Blackwell Science. ISBN 0-632-03583-8. Electronic version.

Спољашње везе

• BIPM's definition of the electronvolt
• physical constants reference; CODATA data