Elektronowolt

Elektronowolt (eV) – jednostka energii stosowana w fizyce.

Jeden elektronowolt to energia, jaką uzyskuje bądź traci elektron, który przemieścił się w próżni w polu elektrycznym o różnicy potencjałów równej 1 woltowi[1]. Jego wartość wyrażona w dżulach to 1 wolt pomnożony przez elektryczny ładunek elementarny e:

1   e V = 1   e ⋅ 1   V = 1,602 176634 × 10 − 19   J . {\displaystyle \mathrm {1\ eV=1\ {\mathit {e}}\cdot 1\ V=1{,}602176634\times 10^{-19}\ J} .}

Przedrostki SI

Chociaż elektronowolt nie należy do układu SI, używany jest w różnych dziedzinach fizyki, zwykle z przedrostkami, np.

Wielokrotności i podwielokrotności jednostki (wyróżniono najczęściej używane):

Wielokrotności Podwielokrotności
mnożnik nazwa symbol mnożnik nazwa symbol
100 elektronowolt eV
101 dekaelektronowolt daeV 10−1 decyelektronowolt deV
10² hektoelektronowolt heV 10−2 centyelektronowolt ceV
10³ kiloelektronowolt keV 10−3 milielektronowolt meV
106 megaelektronowolt MeV 10−6 mikroelektronowolt µeV
109 gigaelektronowolt GeV 10−9 nanoelektronowolt neV
1012 teraelektronowolt TeV 10−12 pikoelektronowolt peV
1015 petaelektronowolt PeV 10−15 femtoelektronowolt feV
1018 eksaelektronowolt EeV 10−18 attoelektronowolt aeV
1021 zettaelektronowolt ZeV 10−21 zeptoelektronowolt zeV
1024 jottaelektronowolt YeV 10−24 joktoelektronowolt yeV

Elektronowolt jako jednostka masy

Jednostki eV (a właściwie eV/c²) bardzo często używa się w różnych dziedzinach fizyki do określania mas cząstek i kwazicząstek. Wynika to z relacji pomiędzy masą a energią ( E = m c 2 ) {\displaystyle (E=mc^{2})} oraz faktu używania przez fizyków jednostek, w których c = 1 {\displaystyle c=1} (prędkość światła w próżni). Chcąc wyrażać się ściśle, należałoby mówić o jednostkach eV/c², jednak zwykle pomija się c . {\displaystyle c.}

1   e V / c 2 = ( 1,602 176634 × 10 − 19   C ) ⋅ 1   V ( 2,997 92458 × 10 8   m / s ) 2 = 1,782 66192 × 10 − 36   k g . {\displaystyle \mathrm {1\ eV/{\mathit {c}}^{2}={\frac {(1{,}602176634\times 10^{-19}\ C)\cdot 1\ V}{(2{,}99792458\times 10^{8}\ m/s)^{2}}}=1{,}78266192\times 10^{-36}\ kg} .}

Przykłady przybliżonych wartości mas cząstek w eV/c²

  • elektron – 0,511 MeV/c² ≈ 9,10938 × 10−31 kg
  • proton – 0,938 GeV/c²
  • neutron – 0,938 GeV/c² ≈ 1,7 × 10−27 kg
  • bozon W – 80,377±0,012 GeV/c²
  • bozon Z – 91,188 GeV/c²
  • taon – 1,777 GeV/c² = 3,17×10−27 kg
  • kwark t – 170,9 GeV/c²

Elektronowolt jako jednostka temperatury

Związek E = k B T {\displaystyle E=k_{B}T} ( k B {\displaystyle k_{B}} – stała Boltzmanna) łączy w sposób jednoznaczny temperaturę z energią, dlatego też w niektórych zastosowaniach wartość temperatury określa się w elektronowoltach z odpowiednim przedrostkiem. Podobnie jak w przypadku masy, chcąc być ścisłym, należałoby mówić o jednostce e V / k B . {\displaystyle \mathrm {eV/k_{B}} .}

Elektronowolt jest stosowany jako jednostka temperatury w fizyce plazmy. Związek między elektronowoltami a kelwinami (K) określa wzór:

1  eV k B = 1,602 176634 × 10 − 19  J 1,380 649 × 10 − 23  J/K = 11   604,518 12  K . {\displaystyle {\frac {1{\mbox{ eV}}}{k_{B}}}={\frac {1{,}602176634\times 10^{-19}{\text{ J}}}{1{,}380649\times 10^{-23}{\text{ J/K}}}}=11\ 604{,}51812{\text{ K}}.}

Przykładowo, plazma w tokamaku, by zaszła w niej synteza jądrowa, musi mieć temperaturę 15 keV, czyli 174 mln kelwinów.

Zobacz też

Zobacz hasło elektronowolt w Wikisłowniku

Przypisy

  1. ↑ elektronowolt, [w:] Encyklopedia PWN [dostęp 2023-11-11] .
Encyklopedia internetowa (jednostka energii):
  • Britannica: science/electron-volt
  • Treccani: elettronvolt
  • SNL: elektronvolt
  • Catalana: 0100685
  • DSDE: elektronvolt