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en física, el electrón voltio (símbolo eV; también escrito electronvolt) es una unidad de energía igual a aproximadamente 1.602×10-19 joule (unidad Si J). Por definición, es la cantidad de energía obtenida por la carga de un solo electrón movida a través de una diferencia de potencial eléctrico de un voltio. Así es 1 voltio (1 joule por coulomb, 1 J/C) multiplicado por la carga del electrón(1 e, o 1.602176565 (35)×10-19 C). Por lo tanto, un electrón voltio es igual a 1.602176565(35)×10-19 J., Históricamente, el electrón voltio fue ideado como una unidad estándar de medida a través de su utilidad en las ciencias del acelerador de partículas electrostáticas porque una partícula con carga q tiene una energía e=qV después de pasar por el potencial V; si q se cita en unidades enteras de la carga elemental y el sesgo terminal en voltios, se obtiene una energía en eV.

el electrón voltio no es una unidad SI y su valor debe obtenerse experimentalmente. Al igual que la carga elemental en la que se basa, no es una cantidad independiente, sino que es igual a (1 J/C)(2 h α / μ0 c0)0.,5 es una unidad común de energía dentro de la física, ampliamente utilizada en la física de estado sólido, atómica, nuclear y de partículas. Se usa comúnmente con los prefijos SI milli -, kilo -, mega -, giga -, tera-o peta – (MeV, keV, MeV, GeV, TeV y PEV respectivamente). Por lo tanto meV significa Mili-electrón voltio.

Las propiedades atómicas como la energía de ionización a menudo se citan en electrón voltios.

en química, a menudo es útil tener el equivalente molar, es decir, la energía que se produciría por un mol de carga(6.02214129 (27)×1023) que pasa a través de una diferencia de potencial de un voltio., Esto es igual a 96.4853365 (21) kJ/mol.

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Conversion factors:

For comparison:

• 5.25×1032 eV: total energy released from a 20 kt Nuclear Fission Device.
• ~624 EeV (6.24×1020 eV): energía necesaria para alimentar una sola bombilla de 100 vatios durante un segundo. (100 W = 100 J/s = ~6,24×1020 eV/S).
• 300 EeV (3×1020 eV) = (50 J) : la llamada partícula Oh-mi-Dios (la partícula de rayos cósmicos más energética jamás observada).,
• 14 TeV: la energía de colisión de protones diseñada en el Gran Colisionador de Hadrones (que ha operado a la mitad de esta plantilla de energía:a partir de).
• 1 TeV: un billón de electronvoltios, o 1.602×10-7 J, sobre la energía cinética de un mosquito volador.
• 210 MeV: la energía promedio liberada en la fisión de un átomo de Pu-239.
• 200 MeV: la energía promedio liberada en la fisión nuclear de un átomo U-235 .
• 17,6 MeV: la energía promedio liberada en la fusión de deuterio y tritio para formar He-4; esto es 0,41 PJ por kilogramo de producto producido.
• 1 MeV: Or, 1.,602×10-13 J, aproximadamente el doble de la masa-energía en reposo de un electrón.
• 13.6 eV: la energía requerida para ionizar el hidrógeno atómico. Las energías de enlace Molecular son del orden de un eV por molécula.
• 1.6 a 3.4 eV: la energía fotónica de la luz visible.
• 1/40 eV: La energía térmica a temperatura ambiente. Una sola molécula en el aire tiene una energía cinética media de 3/80 eV.

en algunos documentos antiguos, y en el nombre Bevatron, se utiliza el símbolo BeV, que significa mil millones de electrones voltios; es equivalente al GeV.,

momento

en física de alta energía, electrón-voltio se utiliza a menudo como una unidad de momento. Una diferencia de potencial de 1 voltio hace que un electrón gane una cantidad discreta de energía (es decir, 1 eV). Esto da lugar al uso de eV (y keV, MeV, GeV o TeV) como unidades de momento, ya que la energía suministrada resulta en la aceleración de la partícula.

Las dimensiones de las unidades de momento son M 1 L 1 T -1 . Las dimensiones de las unidades de energía son M 1 L 2 T -2 ., Luego, dividir las unidades de energía (como eV) por una constante fundamental que tiene unidades de velocidad (M 0 L 1 T -1 ), facilita la conversión requerida de usar unidades de energía para describir el momento. En el campo de la física de partículas de alta energía, la unidad de velocidad fundamental es la velocidad de la luz c. Por lo tanto, dividiendo la energía en eV por la velocidad de la luz en el vacío, se puede describir el momento de un electrón en unidades de eV/c.

la constante de velocidad fundamental c a menudo se elimina de las unidades de momento mediante la definición de unidades de longitud de tal manera que el valor de c es la unidad. , Por ejemplo, si el momento p de un electrón se dice que es 1 GeV, entonces la conversión a MKS se puede lograr por:

masa

por equivalencia masa-energía, el electrón voltio es también una unidad de masa. Es común en la física de partículas, donde la masa y la energía se intercambian a menudo, para expresar la masa en unidades de eV / c2, donde c es la velocidad de la luz en el vacío (de E = mc2). A menudo es común simplemente expresar masa en términos de «eV» como una unidad de masa, utilizando efectivamente un sistema de unidades naturales con c establecido en 1 (por lo tanto, E = m).,

por ejemplo, un electrón y un positrón, cada uno con una masa de 0.511 MeV/c2, pueden aniquilarse para producir 1.022 MeV de energía. El protón tiene una masa de 0,938 GeV / c2. En general, las masas de todos los hadrones son del orden de 1 GeV/c2, lo que hace que el GEV (gigaelectronvolt) sea una unidad de masa muy conveniente para la física de partículas:

1 GeV/c2 = 1.783×10-27 kg

la unidad de masa atómica, 1 gramo dividido por el número de Avogadro, es casi la masa de un átomo de hidrógeno, que es principalmente la masa del protón. Para convertir a megaelectronvolts, utilice la fórmula:

1 amu = 931.46 MeV / c2 = 0.,93146 GeV / c2 1 MeV / c2 = 1.074×10-3 amu

distancia

en física de partículas, un sistema de unidades en el que la velocidad de la luz en un vacío c y la constante reducida de Planck ħ son adimensionales e iguales a la unidad es ampliamente utilizado: c = ħ = 1. En estas unidades, tanto las distancias como los tiempos se expresan en unidades de energía inversa (mientras que la energía y la masa se expresan en las mismas unidades, véase equivalencia masa–energía). En particular, las longitudes de dispersión de partículas a menudo se presentan en unidades de masas de partículas inversas.,

Fuera de este sistema de unidades, los factores de conversión entre electronvolt, segundo y nanómetro son los siguientes:

Las relaciones anteriores también permiten expresar la vida útil media τ de una partícula inestable (en segundos) en términos de su ancho de desintegración Γ (en eV) a través de Γ = ħ/τ. Por ejemplo, el mesón B0 tiene una vida útil de 1.530 (9) picosegundos, la longitud media de desintegración es ct = 459.7 µm, o un ancho de desintegración de 4.302±25×10-4 eV.,

por el contrario, las pequeñas diferencias de masa de masa mesónica responsables de las oscilaciones mesónicas a menudo se expresan en los picosegundos inversos más convenientes.

temperatura

en ciertos campos, como la física del plasma, es conveniente usar el electronvolt como unidad de temperatura. La conversión a Kelvin (símbolo: K mayúscula) se define usando kB, la constante de Boltzmann:

por ejemplo, un plasma de fusión de confinamiento magnético típico es de 15 keV, o 170 megakelvins.

Propiedades

la energía E, la frecuencia v y la longitud de onda λ de un fotón están relacionadas por

donde h es la constante de Planck, c es la velocidad de la luz. Para cálculos rápidos, esto se reduce a

un fotón con una longitud de onda de 532 nm (luz verde) tendría una energía de Aproximadamente 2.33 eV., Del mismo modo, 1 V correspondería a un fotón infrarrojo de longitud de onda 1240 nm, y así sucesivamente.

experimentos de dispersión

en un experimento de dispersión nuclear de baja energía, es convencional referirse a la energía de retroceso nuclear en unidades de eVr, keVr, etc. Esto distingue la energía de retroceso nuclear de la energía de retroceso «equivalente de electrones» (eVee, keVee, etc.) medido por la luz del centelleo. Por ejemplo, el rendimiento de un fototubo se mide en phe/keVee (fotoelectrones por keV de energía equivalente al electrón)., La relación entre eV, eVr y eVee depende del medio en el que tiene lugar la dispersión, y debe establecerse empíricamente para cada material.

Véase también

• Órdenes de magnitud (energía)