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In fisica, l’elettronvolt (simbolo eV; anche scritto electronvolt) è un’unità di energia pari a circa 1,602×10-19 joule (unità Si J). Per definizione, è la quantità di energia acquisita dalla carica di un singolo elettrone spostato attraverso una differenza di potenziale elettrico di un volt. Quindi è 1 volt (1 joule per coulomb, 1 J/C) moltiplicato per la carica dell’elettrone(1 e, o 1.602176565 (35)×10-19 C). Pertanto, un elettron volt è uguale a 1,602176565 (35)×10-19 J., Storicamente, l’elettron volt è stato concepito come unità di misura standard attraverso la sua utilità nelle scienze degli acceleratori di particelle elettrostatiche perché una particella con carica q ha un’energia E = qV dopo aver attraversato il potenziale V; se q è citato in unità intere della carica elementare e il bias terminale in volt, si ottiene un’energia in eV.

L’elettronvolt non è un’unità SI e il suo valore deve essere ottenuto sperimentalmente. Come la carica elementare su cui si basa, non è una quantità indipendente ma è uguale a (1 J/C)(2 h α / μ0 c0)0.,5 È un’unità comune di energia all’interno della fisica, ampiamente utilizzata nella fisica allo stato solido, atomica, nucleare e delle particelle. È comunemente usato con i prefissi SI milli -, kilo -, mega -, giga -, tera -, o peta – (rispettivamente MeV, keV, MeV, GeV, TeV e PEV). Quindi MeV sta per milli-electron volt.

Le proprietà atomiche come l’energia di ionizzazione sono spesso citate in elettronvolt.

In chimica, è spesso utile avere l’equivalente molare, cioè l’energia che sarebbe prodotta da una mole di carica (6.02214129(27)×1023) che passa attraverso una differenza di potenziale di un volt., Questo è uguale a 96.4853365 (21) kJ/mol.

Modello di energia: Ancora

Fattori di conversione:

Per confronto:

• 5,25×1032 eV: energia totale rilasciata da un dispositivo di fissione nucleare da 20 kt.
• ~624 EeV (6.24×1020 eV): energia necessaria per alimentare una singola lampadina da 100 watt per un secondo. (100 W = 100 J/s = ~6,24×1020 eV / s).
• 300 EeV (3×1020 eV) = (50 J): la cosiddetta particella Oh-My-God (la particella di raggi cosmici più energetica mai osservata).,
• 14 TeV: l’energia di collisione protone progettato al Large Hadron Collider (che ha operato a metà di questo modello di energia:Come di).
• 1 TeV: Un trilione di elettronvolt, o 1.602×10-7 J, sull’energia cinetica di una zanzara volante.
• 210 MeV: L’energia media rilasciata nella fissione di un atomo Pu-239.
• 200 MeV: L’energia media rilasciata nella fissione nucleare di un atomo di U-235 .
• 17,6 MeV: L’energia media rilasciata nella fusione di deuterio e trizio per formare He-4; questo è 0,41 PJ per chilogrammo di prodotto prodotto.
• 1 MeV: O, 1.,602×10-13 J, circa il doppio della massa di riposo-energia di un elettrone.
• 13.6 eV: L’energia necessaria per ionizzare l’idrogeno atomico. Le energie dei legami molecolari sono dell’ordine di un eV per molecola.
• da 1,6 a 3,4 eV: l’energia fotonica della luce visibile.
• 1/40 eV: L’energia termica a temperatura ambiente. Una singola molecola nell’aria ha un’energia cinetica media 3/80 eV.

In alcuni documenti più vecchi, e nel nome Bevatron, viene utilizzato il simbolo BeV, che sta per miliardi di elettronvolt; è equivalente al GeV.,

Momentum

Nella fisica delle alte energie, l’elettron-volt è spesso usato come unità di quantità di moto. Una differenza di potenziale di 1 volt fa sì che un elettrone guadagni una discreta quantità di energia (cioè 1 eV). Ciò dà origine all’uso di eV (e keV, MeV, GeV o TeV) come unità di quantità di moto, poiché l’energia fornita provoca l’accelerazione della particella.

Le dimensioni delle unità di quantità di moto sono M 1 L 1 T -1 . Le dimensioni delle unità di energia sono M 1 L 2 T -2 ., Quindi, dividendo le unità di energia (come eV) per una costante fondamentale che ha unità di velocità (M 0 L 1 T -1), facilita la conversione richiesta di utilizzare le unità di energia per descrivere la quantità di moto. Nel campo delle alte energie, fisica delle particelle, fondamentale la velocità è la velocità c della luce. Quindi, dividendo l’energia in eV alla velocità della luce nel vuoto, si può descrivere la quantità di moto di un elettrone in unità di eV/c.

fondamentali costante la velocità c è spesso caduto dalle unità di quantità di moto di definizione di unità di lunghezza tale che il valore di c è l’unità., Ad esempio, se la quantità di moto p di un elettrone è detta 1 GeV, allora la conversione in MKS può essere ottenuta da:

Massa

Per equivalenza massa-energia, l’elettron volt è anche un’unità di massa. È comune nella fisica delle particelle, dove massa ed energia sono spesso scambiate, per esprimere la massa in unità di eV/c2, dove c è la velocità della luce nel vuoto (da E = mc2). Spesso è comune esprimere semplicemente la massa in termini di “eV” come unità di massa, utilizzando efficacemente un sistema di unità naturali con c impostato su 1 (quindi, E = m).,

Ad esempio, un elettrone e un positrone, ciascuno con una massa di 0,511 MeV/c2, possono annichilire per produrre 1,022 MeV di energia. Il protone ha una massa di 0,938 GeV / c2. In generale, le masse di tutti gli adroni sono dell’ordine di 1 GeV/c2, che rende il GeV (gigaelectronvolt) di una comoda unità di massa per la fisica delle particelle:

1 GeV/c2 = 1.783×10-27 kg

L’unità di massa atomica, 1 grammo diviso per numero di Avogadro, è quasi la massa di un atomo di idrogeno, che è per lo più la massa del protone. Per convertire in megaelectronvolt, utilizzare la formula:

1 amu = 931.46 MeV / c2 = 0.,93146 GeV/c2 1 MeV / c2 = 1,074×10-3 amu

Distanza

In fisica delle particelle, un sistema di unità in cui la velocità della luce nel vuoto c e la costante di Planck ridotta ħ sono adimensionali e uguali all’unità è ampiamente usato: c = ħ = 1. In queste unità, sia le distanze che i tempi sono espressi in unità di energia inversa (mentre l’energia e la massa sono espresse nelle stesse unità, vedi equivalenza massa–energia). In particolare, le lunghezze di dispersione delle particelle sono spesso presentate in unità di masse di particelle inverse.,

Al di fuori di questo sistema di unità, i fattori di conversione tra elettronvolt, secondo e nanometro sono i seguenti:

Le relazioni di cui sopra consentono anche di esprimere la durata media τ di una particella instabile (in secondi) in termini di larghezza di decadimento Γ (in eV) tramite Γ = ħ / τ. Ad esempio, il mesone B0 ha una durata di 1.530(9) picosecondi, la lunghezza media del decadimento è ct = 459.7 µm o una larghezza di decadimento di 4.302±25×10-4 eV.,

Al contrario, le minuscole differenze di massa del mesone responsabili delle oscillazioni del mesone sono spesso espresse nei più convenienti picosecondi inversi.

Temperatura

In alcuni campi, come la fisica del plasma, è conveniente utilizzare l’elettronvolt come unità di temperatura. La conversione in kelvin (simbolo: maiuscolo K) è definita usando kB, la costante di Boltzmann:

Ad esempio, un tipico plasma di fusione a confinamento magnetico è 15 keV o 170 megakelvins.

Proprietà

L’energia E, la frequenza v e la lunghezza d’onda λ di un fotone sono correlate da

dove h è la costante di Planck, c è la velocità della luce. Per calcoli rapidi, questo riduce a

Un fotone con una lunghezza d’onda di 532 nm (luce verde) avrebbe un’energia di circa 2,33 eV., Allo stesso modo, 1 V corrisponderebbe a un fotone infrarosso di lunghezza d’onda 1240 nm e così via.

Esperimenti di scattering

In un esperimento di scattering nucleare a bassa energia, è convenzionale riferirsi all’energia di rinculo nucleare in unità di eVr, keVr, ecc. Questo distingue l’energia di rinculo nucleare dall’energia di rinculo “equivalente all’elettrone” (eVee, keVee, ecc.) misurato dalla luce di scintillazione. Ad esempio, la resa di un fototubo è misurata in phe/keVee (fotoelettroni per keV electron-equivalent energy)., La relazione tra eV, eVr e eVee dipende dal mezzo in cui avviene la dispersione e deve essere stabilita empiricamente per ciascun materiale.

Vedi anche

• Ordini di grandezza (energia)