Elektronvolt
Elektronvolt, eV, je jedinica energije jednaka kinetičkoj energiji koju zadobije slobodni elektron u vakuumu prolaskom kroz potencijalnu razliku od jednog volta. Drugim rečima, to je jedan volt (1 volt = 1 džul po kulonu) puta naelektrisanje jednog elektrona (u kulonima). Jedan elektronvolt je vrlo mala jedinica energije: 1 eV = 1,602 176 53(14)×10−19 J.[4]
Legenda
| γ: Gama zraci | MIR: srednje infracrveno | HF: visoka frekvencija. |
| HX: Jaki X-zraci | FIR: daleko infracrveno | MF: srednja frekvencija. |
| SX: Blagi X-zraci | Radio talas | LF: niska frekvencija. |
| EUV: Ekstremna ultraljubičasta | EHF= ekstremno visoka frekvencija | VLF: veoma niska frekvencija |
| NUV: Blizu ultraljubičastog | SHF= super visoka frekvencija | VF/ULF: zbučna frekvencija |
| Vidljivo svetlo | UHF= ultra visoka frekvencija | SLF: super niska frekvencija |
| NIR: Blizo infracrvenog | VHF= veoma visoka frekvencija | ELF: ekstremno niska frekvencija |
| Frek.: Frekvencija |
U fizici, elektronvolt[5][6] (simbol eV; takođe se piše elektron volt) jeste jedinica energije jednaka približno 160 zeptodžula (simbol zJ) ili 1,6×10−19 džula (simbol J). Po definiciji, to je količina energije dobijene (ili izgubljene) nabojem jednog elektrona koji se pomera kroz električnu potencijalnu razliku jednog volta. Tako je 1 volt (1 džul po kulonu ili 1 J/°C) pomnožen elementarnim nabojem (e, ili 1,602176565(35)×10−19 C). Otuda je, jedan elektronvolt jednak 1,602176565(35)×10−19 J.[7] Istorijski, elektronvolt je bio standardna jedinica mere kroz svoju koristivost u elektrostatičkom akceleratoru čestica zbog čestica sa nabojem q koji ima energiju E = qV kroz prolazak kroz potencijal V; ako se q uzima u celobrojnim jedinicama elementarnog naboja i terminalni prednapon u voltima, dobija se energija u eV.
Elektronvolt nije SI jedinica, te je njegova definicija empirijska (za razliku od litra, svetlosne godine i ostalih takvih ne-SI jedinica), tako da njegova vrednost u SI jedinicama mora biti dobijena eksperimentalno.[8] Kao elementarni naboj na kojem je zasnovan, on nije nezavisnog kvantiteta nego je jednak 1 J/C √2hα / μ0c0. To je opšta jedinica energije u fizici, šire korištena u čvrstom stanju, atomskoj, nuklearnoj i fizici čestica. Često se koristi sa metričkim prefiksima mili-, kilo-, mega-, giga-, tera-, peta- ili eksa- (meV, keV, MeV, GeV, TeV, PeV i EeV respektivno). Tako meV stoji za milielektronvolt.
U nekim starijim dokumentima, i u imenu Bevatron, simbol BeV se koristi, koji stoji za milijardu eV; to je ekvivalent za GeV.
| Mera | Jedinica | SI vrednost jedinice |
|---|---|---|
| Energija | eV | 1,602176565(35)×10−19 J |
| Masa | eV/c2 | 1,782662×10−36 kg |
| Momenat | eV/c | 5,344286×10−28 kg⋅m/s |
| Temperatura | eV/kB | 11604.505(20) K |
| Vreme | ħ/eV | 6,582119×10−16 s |
| Udaljenost | ħc/eV | 1,97327×10−7 m |
Definicija uredi
Elektronvolt je količina kinetičke energije stečena ili izgubljena jednim elektronom koji ubrzava iz mirovanja kroz električnu razliku potencijala od jednog volta u vakuumu. Otuda ima vrednost od jednog volta, 1 J/C, pomnoženog sa elementarnim naelektrisanjem elektrona e, 1,602176634×10−19 C.[9] Prema tome, jedan elektronvolt je jednak 1,602176634×10−19 J.[10]
Elektronvolt, za razliku od volta, nije SI jedinica. Elektronvolt (eV) je jedinica energije dok je volt (V) izvedena SI jedinica električnog potencijala. SI jedinica za energiju je džul (J).
Masa uredi
Ekvivalencijom mase i energije, elektrovolta je takođe jedinica mase. Uobičajeno je u fizici čestica, gde se jedinice mase i energije često zamenjuju, da se masa izražava u jedinicama eV/c2, gde je c brzina svetlosti u vakuumu (od E = mc2). Uobičajeno je da se masa jednostavno izražava u vidu „eV” kao jedinicom mase, efikasno koristeći sistem prirodnih jedinica sa c podešenim na 1.[11] Ekvivalent mase od 1 eV/c2 je
Na primer, elektron i pozitron, svaki sa masom od 0,511 MeV/c2, mogu da se unište dajući 1,022 MeV energije. Masa protona je 0,938 GeV/c2. Generalno, mase svih hadrona su reda 1 GeV/c2, što GeV (gigaelektronvolt) čini pogodnom jedinicom mase za fiziku čestica:
- 1 GeV/c2 = 1,78266192×10−27 kg.
Objedinjena atomska jedinica mase (u), gotovo tačno 1 gram podeljena Avogadrovim brojem, gotovo je masa atoma vodonika, što je uglavnom masa protona. Da bi se pretvorila u elektronvolte, koristi se formula:
- 1 u = 931,4941 MeV/c2 = 0,9314941 GeV/c2.
Korišćenje elektronvolta za izražavanje mase uredi
Prema Ajnštajnu energija je ekvivalentna masi, E=mc² (1 kg = 90 peta džula). Zbog toga je u fizici elementarnih čestica, gde se masa i energija koriste kao sinonimi, uobičajena upotreba jedinice eV/c² ili još jednostavnije samo eV za izražavanje mase.
Na primer, elektron i pozitron svaki sa masom od 0,511 MeV/c², mogu da se anihiliraju oslobađajući energiju od 1,022 MeV. Proton ima masu od 0,938 GeV, što čini GeV (gigaelektronvolt)vrlo pogodnom jedinicom za masu subatomskih čestica.
- 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
Elektronvolt i energija uredi
Za poređenje:
- 3,2×10−11 J ili 200 MeV je totalna energija oslobođena cepanjem jednog atoma U-235 (ovo je srednja vrednost; prava vrednost zavisi od načina cepanja)
- 3,5×10−11 J ili 210 MeV je srednja vrednost energije oslobođene pri cepanju jednog atoma Pu-239 atom (prava vrednost zavisi od načina cepanja)
- Energije hemijskih veza su reda elektronvolta po molekulu.
- Kinetička energija molekula u atmosferi na sobonoj temeperaturi je oko 1 ×10−21 J ili 1/40 eV.
- Izraz pokazuje zašto je eV osnovna jedinica za energiju pošto ili ekvivalentno čime se uklanja pogrešno verovanje da je eV jedinica za potencijal ili naelktrisanje.
Elektronvolt i osobine fotona uredi
Energija, E, frekvencija, ν, i talasna dužina, λ fotona povezani su izrazom
gde je h Plankova konstanta a c brzina svetlosti. Na primer, spektar vidljivog zračenja prostire se u opsegu talasnih dužina 400 nm do 700 nm. Stoga fotoni vidljivog zračenja imaju energije od
do
- .
Elektronvolt i temperatura uredi
U nekim oblastima, kao što je fizika plazme, uobičajeno je da se elektronvolt koristi kao jedinica temperature. Konverzija u kelvine, K, postiže se preko Bolcmanove konstante, kB
Na primer, tipična plazma u fuziji je energije 15 keV, ili 174 megakelvina.
Upotreba elektronvolta za izražavanje vremena i rastojanja uredi
U fizici čestica, rastojanje i vreme se ponekad izražava u inverznim elektronvoltima preko faktora konverzije [12]
- = 6,582 118 89(26) x 10-16 eV s
- = 197,326 960 2(77) eV nm
Vidi još uredi
Reference uredi
- ^ „What is Light?” (PDF). Arhivirano iz originala (PDF) 5. 12. 2013. g. Pristupljeno 22. 6. 2015.
- ^ Elert, Glenn. „The Electromagnetic Spectrum, The Physics Hypertextbook”. Hypertextbook.com. Pristupljeno 2010-10-16.
- ^ „Definition of frequency bands on”. Vlf.it. Pristupljeno 2010-10-16.
- ^ CODATA Internationally recommended values of the Fundamental Physical Constants
- ^ IUPAC Gold Book, p. 75
- ^ SI brochure Arhivirano 2012-07-16 na sajtu 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. Pristupljeno 2019-05-20.
- ^ „2018 CODATA Value: electron volt”. The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty. NIST. 20. 5. 2019. Pristupljeno 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)
Literatura uredi
- E Richard Cohen; Tom Cvitas; Jeremy G Frey; Bertil Holstrom; John W Jost, ur. (2007). Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry (PDF). International Union of Pure and Applied Chemistry (3. izd.). 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.
