Введение

Единица энергии

В физике электронвольт (символ eV, также пишут электрон-вольт и электронвольт) — это мера количества кинетической энергии, приобретаемой одним электроном при ускорении от состояния покоя в вакууме под действием разности электрических потенциалов в один вольт. При использовании в качестве единицы энергии, числовое значение 1 эВ в джоулях (символ J) равно числовому значению заряда электрона в кулонах (символ C). В соответствии с переопределением основных единиц СИ в 2019 году, это устанавливает 1 эВ равным точному значению.

Исторически электронвольт был разработан как стандартная единица измерения благодаря его полезности в науке об электростатических ускорителях частиц, поскольку частица с электрическим зарядом q приобретает энергию E = qV после прохождения через напряжение V. Поскольку q должно быть целым кратным элементарному заряду e для любой изолированной частицы, приобретенная энергия в единицах электронвольт удобно равна этому целому числу, умноженному на напряжение.

Определение и использование

Электронвольт – это количество кинетической энергии, приобретаемой или теряемой одним электроном при ускорении от состояния покоя в вакууме под действием разности электрических потенциалов в один вольт. Следовательно, его значение равно произведению одного вольта (1) на элементарный электрический заряд. Таким образом, один электронвольт равен…

Электронвольт (эВ) – это единица энергии, но не является единицей СИ. Это широко используемая единица энергии в физике, особенно в физике твердого тела, атомной, ядерной и физике частиц, а также в астрофизике высоких энергий. Обычно она применяется с префиксами СИ: милли (м), кило (к), мега (М), гига (Г), тера (Т), пета (П) или экса (Э) (meV, keV, MeV, GeV, TeV, PeV и EeV соответственно). Единицей энергии в системе СИ является джоуль (Дж). В некоторых старых документах, а также в названии Беватрон, используется обозначение BeV, где "B" означает миллиард. Обозначение BeV, таким образом, эквивалентно GeV.

Отношение к другим физическим свойствам и единицам

Единица измерения SI значение единицы Энергия эВ 1.602176634 Масса эВ/c² 1.78266192 Импульс эВ/c 5.34428599 Температура эВ/k<sub>B</sub> 1.160451812 Время ħ/эВ 6.582119 Расстояние ħc/эВ 1.97327

Масса

По эквивалентности массы и энергии, электронвольт соответствует единице массы. В физике частиц, где единицы массы и энергии часто взаимозаменяются, принято выражать массу в единицах эВ/c², где c — скорость света в вакууме (исходя из E = mc²). Обычно массу неформально выражают в электронвольтах как единицу массы, фактически используя систему естественных единиц, в которой c приравнивается к 1. Килограммовый эквивалент 1 равен:

Например, электрон и позитрон, каждый с массой 0,511, могут аннигилировать, высвобождая энергию 1,022. Масса протона составляет 0,938. В общем случае, массы всех адронов порядка 1, что делает ГэВ/c² удобной единицей массы для физики частиц: атомная единица массы (amu), равная одной двенадцатой массы атома углерода-12, близка к массе протона. Для перевода в электронвольтную эквивалентность массы используется формула:

Температура

В некоторых областях, таких как физика плазмы, удобно выражать температуру в электронвольтах. Для перевода в шкалу Кельвина электронвольт делится на постоянную Больцмана:

где kB — постоянная Больцмана. При использовании электронвольта для выражения температуры подразумевается деление на kB, например, типичная плазма удержания магнитного синтеза имеет температуру 15 (килоэлектронвольт), что эквивалентно 174 МК (мегакельвин). В качестве приближения: kBT составляет около 0,025 (≈) при температуре 20.

Эксперименты с рассеянием

В эксперименте с низкоэнергетическим ядерным рассеянием принято указывать энергию ядерного отката в единицах eVr, keVr и т.д. Это позволяет отличать энергию ядерного отката от энергии отката "электронного эквивалента" (eVee, keVee и т.д.), измеряемой по сцинтилляционному свету. Например, эффективность фототрубки измеряется в фэ/keVee (фотоэлектронов на кэВ энергии электронного эквивалента). Зависимость между eV, eVr и eVee определяется средой, в которой происходит рассеяние, и должна быть установлена эмпирически для каждого материала.

Сравнения энергии

Источник энергии 5,25 общей энергии, выделенной при взрыве 20 кт ядерного боеприпаса 12,2 ReV (1,22) энергия Планка 10 YeV (1) приблизительная энергия великого объединения ~624 EeV (6,24) энергия, потребляемая одной 100-ваттной лампочкой за одну секунду (100 = 100 ≈ 6,24) 300 EeV (3 = ~50) Первая наблюдаемая ультравысокоэнергетическая частица космических лучей, так называемая частица «О, мой Бог!» 2 петаэлектронвольта, самая высокая энергия нейтрино, зарегистрированная нейтринным телескопом IceCube в Антарктиде 14 энергия столкновения протонов в центре масс, для которой предназначен Большой адронный коллайдер (работает при 3,5 ТэВ с момента запуска 30 марта 2010 года, достигла 13 ТэВ в мае 2015 года) 1 триллион электронвольт, или 1,602, приблизительно кинетическая энергия летающего комара 172 ГэВ энергия покоя топ-кварка, самой тяжелой из измеренных элементарных частиц 125,1±0,2 ГэВ энергия, соответствующая массе бозона Хиггса, измеренная двумя независимыми детекторами в Большом адронном коллайдере с точностью лучше 5 сигм 210 средняя энергия, выделяющаяся при делении одного атома Pu 239 200 приблизительная средняя энергия, выделяющаяся при ядерном делении фрагментов одного атома U 235 105,7 МэВ энергия покоя мюона 17,6 средняя энергия, выделяющаяся при ядерном синтезе дейтерия и трития с образованием He 4; это 0,41 на килограмм произведенного продукта 2 МэВ приблизительная средняя энергия нейтрона, вылетающего при ядерном делении одного атома U 235 1,9 МэВ энергия покоя u-кварка, самого легкого кварка 1 (1,602) приблизительно вдвое больше энергии покоя электрона 1–10 кэВ приблизительная тепловая температура в системах ядерного синтеза, таких как ядро Солнца, плазма с магнитным удержанием, инерциальное удержание и ядерное оружие 13,6 энергия, необходимая для ионизации атома водорода; энергии молекулярных связей находятся в диапазоне от 1 до 10 на связь 1,6–3,4 энергия фотона видимого света 1,1 энергия, необходимая для разрыва ковалентной связи в кремнии 720 энергия, необходимая для разрыва ковалентной связи в германии <120 приблизительная энергия покоя нейтрино (сумма 3 ароматов) 25 тепловая энергия при комнатной температуре; одна молекула воздуха имеет среднюю кинетическую энергию 38230 тепловая энергия космического микроволнового фона.

На моль

Один моль частиц, получивших по 1 эВ энергии каждая, обладает приблизительно 96,5 кДж энергии – это соответствует постоянной Фарадея (F ≈ 96485), где энергия в джоулях n молей частиц, каждая из которых имеет энергию E эВ, равна E·F·n.