Elektronvolt

Elektronvolt(eV) jemjerna jedinicazaenergiju,korištena uatomskojimolekularnoj fizici.Definirana je kaokinetička energijakoju primielektronkada je ubrzanelektričnim poljemkrozpotencijalnu razlikuod 1 V (volt) uvakuumu.Po tome, 1 V (1džul/kulon) pomnožen Selementarnim nabojem(1 e ili 1,60217653(14)×10^-19C) daje 1 eV, koji je jednak 1,60217653(14)×10^-19J.Historijski, elektronvolt je smišljen kao jedinica mjere zbog svoje korisnosti u radu sakceleratorom čestica,jerelementarna česticas nabojem q ima energiju E = q x U, nakon prolaska krozrazliku potencijalaU, pa ako se elementarni naboj prikazuje s e, a potencijal s V, onda se energija izražava s eV.

1 eV = 1.602×10^-19J (džula). Elektronvolti su prikladni za mjerenje energije čestica ielektromagnetskog zračenja.EnergijaX-zrakase izražava u elektronvoltima.

Kao i kod ostalih mjernih jedinica, rabe se izvedene jedinice sprefiksima mjernih jedinica:

• 1 keV = 1.000 eV
• 1 MeV = 1.000.000 eV
• 1 GeV = 1.000.000.000 eV
• 1 TeV = 1.000.000.000.000 eV

Elektronvolt nije osnovna mjerna jedinica umeđunarodnom sustavu mjernih jedinicai njena vrijednost se mora dobiti pokusima. Ona se dosta koristi ufizici,pogotovoatomska fizika,nuklearna fizikaifizika elementarnih čestica.

Ukemiji,obično se kinetička energija izražava u jednommoluelektrona (6,02214179(30) × 10²³) koji prolazi kroz potencijal od 1 volt. To je jednako 96,48534(2) kJ/mol. Energijaionizacijese isto izražava u elektronvoltima.

Kao jedinica energije

• 1 eV = 1,602176487(40)×10^-19J
• 1 eV (po atomu) = 96,485 kJ/mol

Za usporedbu:

• ~624 EeV (6,24 x 10²⁰eV): energija potrebna za jednu 100 Welektričnu žaruljuu jednoj sekundi (100 W = 100 J/s = 6,24 x 10²⁰eV/s)
• 300 EeV (3 x 10²²eV):kozmičke zrakes najvećom energijom ikad snimljene
• 14 TeV (14 x 10¹²eV): energija potrebna za sudaranje protona uvelikom hadronskom sudaraču
• 1 TeV (1 x 10¹²eV = 1,602×10⁻⁷J) otprilike kinetička energija jednog letećegkomarca
• 210 MeV (2,1 x 10⁸eV): prosječna energija oslobođenanuklearnom fisijomjednog atomaplutonijaPu-239.
• 200 MeV (2,1 x 10⁸eV): ukupna prosječna energija oslobođena nuklearnom fisijom jednog atomauranijaU-235.
• 17,6 MeV (1,76 x 10⁷eV): ukupna prosječna energija oslobođenanuklearnom fuzijomdeuterija i tricija kod dobivanja helija He-4.
• 13,6 eV: energija potrebna zaionizacijuatoma vodika. Molekularnekovalentne vezeimaju energiju veze reda veličine 1 eV po molekuli.
• 1,6 do 3,4 eV: energija jednogfotonavidljive svjetlosti
• 0,0375 eV: prosječna kinetička energija jednemolekulezrakana sobnoj temperaturi

Kao jedinica količine gibanja

Ufizici elementarnih česticaelektronvolt se često koristi kao jedinica da se izrazikoličina gibanjap.Razlika potencijalaod 1 volt uzrokuje da elektron dobije količinu energije od jedan elektronvolt. U fizici elementarnih čestica jedna od osnovnih jedinica brzine jebrzina svjetlostiu vakuumu, tako da djeljenjem energije u eV s brzinom svjetlosti u vakuumu c, količina gibanja se može opisati s eV/c.

Na primjer, ako je količina gibanja p elektrona recimo 1 GeV, onda se dobije:

$p=1\;GeV/c={\frac {(1\times 10^{9})\times (1,60217646\times 10^{-19}\;C)\;\cdot \;V}{(2,99792458\times 10^{8}\;m/s)}}=5,344286\times 10^{-19}\;kg\cdot m/s$

Kao jedinica mase

Premaekvivalenciji mase i energije,elektrovolt se može izraziti i kao jedinicamase.Uobičajeno je u fizici elementarnih čestica, gdje se masa i energija mogu često izjednačiti, da se koristi eV/c2, gdje je c brzina svjetlosti u vakuumu.

Na primjer, reakcijaelektronaipozitrona.Pozitron s masom 0,511 MeV/c²može anihilirati (proces u kojem se čestica sudara sa svojom antičesticom) da bi se dobilo 1.022 MeV energije. Proton ima masu od 0,938 GeV/c²,tako da je gigaelektronvolt veoma uobičajena jedinica za masu kod elementarnih čestica.

1 GeV/c²= 1,783×10⁻²⁷kg

Atomska jedinica masepodijeljena sAvogadrovim brojemje skoro masa atoma vodika, koja je skoro i masa jednog protona.

1 atomska jedinica mase - Da = 931,46 MeV/c²= 0.93146 GeV/c²

1 MeV/c²= 1,074×10⁻³Da (Dalton)

Kao jedinica temperature

U nekim područjima, kao što je fizikaplazme,uobičajeno je elektronvolt upotrebljavati kao jedinicutemperature.Da bismo pretvorili u K (Kelvin) koristi seBoltzmannova konstanta:

${1{\mbox{ eV}} \over k_{\mathrm {B} }}={1,602\,176\,53(14)\times 10^{-19}{\mbox{ J}} \over 1,380\,6505(24)\times 10^{-23}{\mbox{ J/K}}}=11\,604,505(20){\mbox{ K}}.$

Na primjer, tipična energija magnetskog samoodržanja fuzije plazme je 15 keV, ili 170 MK (170 000 000 K).

Svojstva fotona

Energija fotona u spektru vidljive svijetlosti

Energija E, frekvencija ν, i valna dužina λ fotona su u odnosu:

$E=h\nu ={\frac {hc}{\lambda }}={\frac {(4,13566733\times 10^{-15}\,{\mbox{eV}}\,{\mbox{s}})(299\,792\,458\,{\mbox{m/s}})}{\lambda }}$

Gdje je hPlanckova konstanta,c je brzina svjetlosti u vakuumu. Za brzi proračun može poslužiti formula:

$E{\mbox{(eV)}}\approx {\frac {1240\,{\mbox{eV}}\,{\mbox{nm}}}{\lambda \ {\mbox{(nm)}}}}$

Na primjer, foton valne dužine 532 nm (zeleno svjetlo) ima energiju otprilike 2,33 eV. Ili, 1 eV odgovara infracrvenom fotonu valne dužine 1240 nm.