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.^[1]^[2]^[3]

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.^[4]

У физици, електронволт^[5]^[6] (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.^[7] 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.^[8] Као елементарни набој на којем је заснован, он није независног квантитета него је једнак 1 J/C √2h α / μ₀ c₀. 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/k_B	7004116045050099999♠11604.505(20) K
Време	ħ/eV	6984658211900000000♠6,582119×10⁻¹⁶ s
Удаљеност	ħc/eV	6993197327000000000♠1,97327×10⁻⁷ m

Дефиниција[уреди | уреди извор]

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, 6981160217663400000♠1,602,176,634×10⁻¹⁹ C.^[9] Према томе, један електронволт је једнак 6981160217663400000♠1,602,176,634×10⁻¹⁹ J.^[10]

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[уреди | уреди извор]

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.^[11] 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:

1 GeV/c² = 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 = 931,4941 MeV/c² = 0,931,4941 GeV/c².

Коришћење електронволта за изражавање масе[уреди | уреди извор]

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[уреди | уреди извор]

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[уреди | уреди извор]

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[уреди | уреди извор]

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[уреди | уреди извор]

У физици честица, растојање и време се понекад изражава у инверзним електронволтима преко фактора конверзије ^[12]

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

Види још[уреди | уреди извор]

Термодинамика

Референце[уреди | уреди извор]

^ „What is Light?” (PDF). Архивирано из оригинала (PDF) 5. 12. 2013. г. Приступљено 22. 6. 2015.
^ Elert, Glenn. „The Electromagnetic Spectrum, The Physics Hypertextbook”. Hypertextbook.com. Приступљено 2010-10-16.
^ „Definition of frequency bands on”. Vlf.it. Приступљено 2010-10-16.
^ CODATA Internationally recommended values of the Fundamental Physical Constants
^ IUPAC Gold Book, p. 75
^ SI brochure Архивирано 2012-07-16 на сајту Wayback Machine, Sec. 4.1 Table 7
^ „Fundamental Physical Constants from NIST”.
^ „Definitions of the SI units: Non-SI units”.
^ „2018 CODATA Value: elementary charge”. The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty. NIST. 20. 5. 2019. Приступљено 2019-05-20.
^ „2018 CODATA Value: electron volt”. The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty. NIST. 20. 5. 2019. Приступљено 2019-05-20.
^ Barrow, J. D. "Natural Units Before Planck." Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society 24 (1983): 24.
^ K. Hagiwara et al, Review of Particle Physics, Phys. Rev. D66, 010001 (2002)

Литература[уреди | уреди извор]

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[уреди | уреди извор]

[1] „What is Light?” (PDF). Архивирано из оригинала (PDF) 5. 12. 2013. г. Приступљено 22. 6. 2015.

[2] Elert, Glenn. „The Electromagnetic Spectrum, The Physics Hypertextbook”. Hypertextbook.com. Приступљено 2010-10-16.

[3] „Definition of frequency bands on”. Vlf.it. Приступљено 2010-10-16.

[4] CODATA Internationally recommended values of the Fundamental Physical Constants

[5] IUPAC Gold Book, p. 75

[6] SI brochure Архивирано 2012-07-16 на сајту Wayback Machine, Sec. 4.1 Table 7

[NIST-7] „Fundamental Physical Constants from NIST”.

[8] „Definitions of the SI units: Non-SI units”.

[physconst-e-9] „2018 CODATA Value: elementary charge”. The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty. NIST. 20. 5. 2019. Приступљено 2019-05-20.

[physconst-eV-10] „2018 CODATA Value: electron volt”. The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty. NIST. 20. 5. 2019. Приступљено 2019-05-20.

[11] Barrow, J. D. "Natural Units Before Planck." Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society 24 (1983): 24.

[12] K. Hagiwara et al, Review of Particle Physics, Phys. Rev. D66, 010001 (2002)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

п р у СИ јединице
Основне јединице	ампер кандела келвин килограм метар мол секунда
Изведене јединице	бекерел ват вебер волт греј катал кулон лукс лумен ом паскал радијан сиверт сименс степен целзијуса стерадијан тесла фарад хенри херц њутн џул
Остале прихваћене јединице	астрономска јединица атомске јединице далтон дан децибел електронволт литар лучна секунда лучни минут лучни степен минут непер природне јединице степен целзијуса тона час хектар
Види још	Конверзија мерних јединица СИ префикси