Elektrowolt

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania
Elektrowolt
eV, eV
Ilość energia
System niesystemowe
Typ pochodna

EV (elektronowolty, rzadko elektronowolt; notacja rosyjska eV międzynarodowa: eV) - pozaukładowa jednostka energii stosowana w energetyce jądrowej i fizyce jądrowej , fizyce cząstek elementarnych oraz w pokrewnych dziedzinach nauki ( biofizyka , chemia fizyczna , astrofizyka itp. NS.). W Federacji Rosyjskiej elektronwolt jest dopuszczony do użytku jako jednostka poza systemem na czas nieograniczony w zakresie „ fizyki[1] .

Definicja

Jeden elektronowolt jest równy energii potrzebnej do przeniesienia ładunku elementarnego w polu elektrostatycznym pomiędzy punktami o różnicy potencjałów 1 V [2] . Ponieważ praca podczas transferu ładunku q jest równa qU (gdzie U jest różnicą potencjałów), a ładunek elementarny wynosi 1,602 176 634⋅10 −19 C (dokładnie) [3] , to

1 eV = 1,602 176 634⋅10 -19 J = 1,602 176 634⋅10 -12 erg .

Podstawowe informacje

W fizyce cząstek elementarnych nie tylko energia E , ale także masa m cząstek elementarnych jest zwykle wyrażana w elektronowoltach [4] [5] . Powodem tego jest fakt, że ze względu na równoważność masy i energii spełniony jest związek m = E 0 / c 2 , gdzie c jest prędkością światła , E 0 jest energią cząstki w spoczynku. Ponieważ c jest stałą podstawową równą 299 792 458 m/s (dokładnie), która nie zmienia się w żadnych warunkach, wskazanie jako charakterystyka masy cząstki jej energii spoczynkowej, wyrażonej w elektronowoltach, jednoznacznie określa wartość masa w żadnych tradycyjnych jednostkach i do nieporozumień nie prowadzi. W jednostkach masy 1 eV = 1,782 661 921 ... ⋅10 -36 kg (dokładnie) [3] i przeciwnie, 1 kg = 5,609 588 603 ... ⋅10 35 eV (dokładnie) [3] . Jednostka masy atomowej ma wartość zbliżoną do 1 GeV (z błędem około 7%): 1 amu. np. = 931,494 102 42 (28) MeV i odwrotnie, 1 GeV = 1,073 544 102 33 (32) np. [3] . Pęd cząstki elementarnej można również wyrazić w elektronowoltach (ściśle mówiąc, w eV / s ).

Elektrowolt to niewielka wartość w porównaniu z energiami charakterystycznymi dla większości procesów jądrowych, w tej dziedzinie fizyki zwykle używa się jednostek wielokrotnych:

  • kiloelektronowolt (keV) - 1000 eV,
  • megaelektronowolt (MeV) - 1 milion elektronowoltów,
  • gigaelektronowolt (GeV) - 1 miliard elektronowoltów,
  • teraelektronowolt (TeV) - 1 bilion elektronowoltów.

Najnowsza generacja akceleratorów cząstek może osiągnąć kilka bilionów elektronowoltów (teraelektronowoltów, TeV). Jeden TeV jest w przybliżeniu równy energii (kinetycznej) latającego komara [6] lub energii uwolnionej, gdy mała kropla wody o średnicy 1 mm (ważąca około 0,5 mg ) spada z wysokości 3 cm .

Temperatura , która jest miarą średniej energii kinetycznej cząstek, jest również czasami wyrażana w elektronowoltach, na podstawie stosunku temperatury i energii cząstek w jednoatomowym gazie idealnym E kin = 3 2 kT [5] . W jednostkach temperatury 1 eV odpowiada 11 604,518 12 ... kelwinów (dokładnie) [3] (patrz stała Boltzmanna ) [7] .

W elektronowoltach wyrażana jest energia kwantów promieniowania elektromagnetycznego ( fotonów ). Energia fotonów o częstotliwości ν w elektronowoltach jest liczbowo równa h ν / E eV , a promieniowania o długości fali λ - hc / ( λ E eV ) , gdzie h jest stałą Plancka , a E eV jest energią równa jednemu elektronowoltowi, wyrażona w jednostkach tego samego układu jednostek, który jest używany do wyrażenia h , ν i λ . Ponieważ dla ultrarelatywistycznych cząstek, w tym fotonów, λ E = hc , przy obliczaniu energii fotonów o znanej długości fali (i odwrotnie), często przydatny jest przelicznik, który jest iloczynem stałej Plancka i prędkości światła wyrażonej w postaci eV nm :

hc = 1239.841 984 ... eV · nm (dokładnie) [3] ≈ 1240 eV · nm.

Zatem foton o długości fali 1 nm ma energię 1240 eV; foton o energii 10 eV ma długość fali 124 nm itd.

W elektronowoltach funkcję pracy mierzy się również za pomocą zewnętrznego efektu fotoelektrycznego - minimalnej energii potrzebnej do usunięcia elektronu z substancji pod wpływem światła .

W chemii często stosuje się molowy ekwiwalent elektronowoltu. Jeżeli jeden mol elektronów lub pojedynczo naładowanych jonów zostanie przeniesiony między punktami o różnicy potencjałów 1 V , to uzyskuje (lub traci) energię Q = 96 485.332 12 ... J (dokładnie) [3] , równą iloczynowi 1 eV według liczby Avogadro . Wartość ta, wyrażona w dżulach, jest liczbowo równa stałej Faradaya (moduł ładunku 1 mola elektronów), wyrażonej w kulombach. Podobnie, jeśli podczas reakcji chemicznej w jednym molu substancji zostaje uwolniona (lub pochłonięta) energia 96,485 kJ , to odpowiednio każda cząsteczka traci (lub zyskuje) około 1 eV .

Szerokość rozpadu Γ cząstek elementarnych i innych stanów kwantowo-mechanicznych, na przykład poziomów energii jądrowej, jest również mierzona w elektronowoltach. Szerokość zaniku to niepewność energii stanu związana z czasem życia stanu τ przez zależność niepewności : Γ = ħ / τ ). Cząstka o szerokości rozpadu 1 eV ma czas życia 6,582 119 569 ... ⋅10 -16 s (dokładnie) [3] . Podobnie stan kwantowo-mechaniczny o czasie życia 1 s ma szerokość 6,582 119 569 ... ⋅10 -16 eV (dokładnie) [3] .

Jednym z pierwszych, który użył terminu „elektronowolt” był w 1923 roku amerykański fizyk i inżynier Karl Darrow [en] [8] .

Wielokrotności i podwielokrotności

W fizyce jądrowej fizyka wysokich energii powszechnie używała wielu jednostek: kiloelektronowolty (keV, keV, 10 marca eV) megaelektronowolty (MeV, MeV, 10 czerwca eV) GeV (GeV, GeV, 10 września eV) i teraelektronowolty (TeV, TeV , 10 12 eV). W fizyce promieniowania kosmicznego wykorzystuje się dodatkowo petaelektronowolty (PeV, PeV, 10 15 eV) i egzoelektronowolty (EeV, EeV, 10 18 eV). W pasmowej teorii ciał stałych, fizyce półprzewodników i fizyce neutrina są jednostkami ułamkowymi: milielektronowoltami (meV, meV, 10-3 eV).

Wielokrotności Długoterminowy
ogrom tytuł Przeznaczenie ogrom tytuł Przeznaczenie
10 1 eV dekaelektronowolt daeV daeV 10-1 eV decyelektronowolt deV deV
10 2 eV hektoelektronowolt geV heV 10-2 eV centielektronowolt ceV ceV
10 3 eV keV keV keV 10-3 eV milielektronowolt meV meV
10 6 eV megaelektronowolt MeV MeV 10-6 eV mikroelektronowolt μeV µeV
10 9 eV gigaelektronowolt GeV GeV 10-9 eV nanoelektronowolt neV neV
10 12 eV teraelektronowolt TeV TeV 10-12 eV pikoelektronowolt peV peV
10 15 eV petaelektronowolt PeV PeV 10-15 eV femtoelektronowolt feV feV
10 18 eV eksaelektronowolt EeV EeV 10-18 eV attoelektronowolt aeV aeV
10 21 eV zettaelektronowolt ZeV ZeV 10-21 eV zeptoelektronowolt zeV zeV
10 24 eV jottaelektronowolt IeV Yev 10-24 eV jotoelektronowolt ueV yeV
     zalecane do użytku      Niepolecane

Niektóre wartości energii i mas w elektronowoltach

Energia kwantu promieniowania elektromagnetycznego o częstotliwości 1 THz
4,13 meV
Energia cieplna ruchu translacyjnego jednej cząsteczki w temperaturze pokojowej
≈0,025 eV
Energia fotonu o długości fali 1240 nm (obszar bliskiej podczerwieni widma optycznego)
1,0 eV
Energia fotonu o długości fali 500 nm (kolory graniczne zielone i niebieskie w widmie widzialnym)
≈2,5 eV
Energia tworzenia jednej cząsteczki wody z wodoru i tlenu [9]
3.0 eV
Stała Rydberga (prawie równa energii jonizacji atomu wodoru )
13.605 693 122 994 (26) eV [3]
Energia elektronu w kineskopie telewizora
Około 20 keV
Energie promieni kosmicznych
1 MeV - 1⋅10 21 eV
Typowa energia cząstek - produkty rozszczepienia jądrowego
cząstki alfa
2-10 MeV [10]
cząstki beta
0-6 MeV [10]
kwanty gamma
0,01-5 MeV [10]
Masy cząstek
Neutrino [11]
Suma mas wszystkich trzech smaków <0,12 eV [12]
Elektron [11]
0,510 998 950 00 (15) MeV [3]
Proton [11]
938.272 088 16 (29) MeV [3]
bozon Higgsa
125,09 ± 0,24 GeV [13]
t-kwark (najcięższa znana cząstka elementarna) [11]
173,315 ± 0,485 ± 1,23 GeV [14]
Masa Plancka
1,220 890 (14) ⋅10 19 GeV [3]

Notatki (edytuj)

  1. Przepisy dotyczące jednostek ilości dopuszczonych do stosowania w Federacji Rosyjskiej. Zarchiwizowana kopia z dnia 2 listopada 2013 r. w Wayback Machine zatwierdzona dekretem rządu Federacji Rosyjskiej z dnia 31 października 2009 r. nr 879.
  2. Elektronwolt // Wielka radziecka encyklopedia : [w 30 tomach] / rozdz. wyd. AM Prochorow . - 3. ed. - M .: Encyklopedia radziecka, 1969-1978.
  3. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Podstawowe stałe fizyczne – pełna lista
  4. Raport popularnonaukowy w Prezydium Rosyjskiej Akademii Nauk L.B. Okunya
  5. 1 2 Elektronowolt // Encyklopedia fizyczna / Ch. wyd. AM Prochorow . - M .: Wielka Encyklopedia Rosyjska , 1998. - T. 5. Urządzenia stroboskopowe - Jasność. - S. 545 .-- 760 s. - ISBN 5-85270-101-7 .
  6. Słowniczek – CMS Collaboration, CERN: „Elektronowolt (eV): Jednostka energii lub masy stosowana w fizyce cząstek elementarnych”. (Język angielski)
  7. Współczynniki przeliczeniowe dla ekwiwalentów energii
  8. Darrow KK Niektóre współczesne postępy w fizyce (ang.) // Bell System Technical Journal. - Tom. 2 (4). - str. 110. Zarchiwizowane 12 października 2014 r.
  9. Liczbowo równa standardowej entalpii tworzenia się wody w dżulach na mol podzielonej przez stałą Avogadro i podzielonej przez moduł ładunku elektronu w kulombach
  10. Katalog widma promieniowania gamma 1 2 3
  11. 1 2 3 4 Jednostki miary odległości, energii i mas
  12. Mertens S. Direct Neutrino Mass Experiments (angielski) // J. Phys.: Conf. Ser .. - 2016. - Cz. 718 . - str . 022013 . Otwarty dostęp
  13. ATLAS i CMS opublikowały wspólny pomiar masy bozonu Higgsa (link niedostępny) . Pobrano 28 czerwca 2015 r. Zarchiwizowane 2 kwietnia 2015 r.
  14. Właściwości kwarków górnych: wyniki

Spinki do mankietów