Електронволт

(преусмерено са EV)

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]

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

У физици, електронволт[5][6] (симбол eV; такође се пише електрон волт) јесте јединица енергије једнака приближно 160 зептоџула (симбол zJ) или 1,6×1019 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 1 J/°C) помножен елементарним набојем (e, или 1,602176565(35)×1019 C). Отуда је, један електронволт једнак 1,602176565(35)×1019 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/C2hα / 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 1,602176565(35)×1019 J
Маса eV/c2 1,782662×1036 kg
Моменат eV/c 5,344286×1028 kg⋅m/s
Температура eV/kB 11604.505(20) K
Време ħ/eV 6,582119×1016 s
Удаљеност ħc/eV 1,97327×107 m

ДефиницијаУреди

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, 1 J/C, помноженог са елементарним наелектрисањем електрона e, 1,602,176,634×10−19 C.[9] Према томе, један електронволт је једнак 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).

МасаУреди

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 1 eV/c2 је

 

На пример, електрон и позитрон, сваки са масом од 0,511 MeV/c2, могу да се униште дајући 1,022 MeV енергије. Маса протона је 0,938 GeV/c2. Генерално, масе свих хадрона су реда 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 масеУреди

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 енергијаУреди

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   показује зашто је eV основна јединица за енергију пошто   или еквивалентно   чиме се уклања погрешно веровање да је eV јединица за потенцијал или наелктрисање.

Електронволт и особине фотонаУреди

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

 

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

 

до

 .

Електронволт и температураУреди

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, kB

 

На пример, типична плазма у фузији је енергије 15 keV, или 174 мегакелвина.

Употреба електронволта за изражавање времена и растојањаУреди

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

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

Види јошУреди

РеференцеУреди

  1. ^ „What is Light?” (PDF). Архивирано из оригинала (PDF) на датум 5. 12. 2013. 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
  7. ^ „Fundamental Physical Constants from NIST”. 
  8. ^ „Definitions of the SI units: Non-SI units”. 
  9. ^ „2018 CODATA Value: elementary charge”. The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty. NIST. 20. 5. 2019. Приступљено 2019-05-20. 
  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)

ЛитератураУреди

Спољашње везеУреди