Elektron-volt

Elektron-volt
eV, eV
Érték energia
Rendszer rendszeren kívüli
Típusú derivált

Az elektrovolt ( elektronvolt , ritkán elektronvolt ; orosz jelzés: eV, nemzetközi: eV) egy rendszeren kívüli energiaegység , amelyet az atom- és magfizikában , az elemi részecskefizikában , valamint a tudomány közeli és kapcsolódó területein ( biofizika , fizikai kémia , asztrofizika , stb. P.). Az Orosz Föderációban az elektronvolt rendszeren kívüli egységként való használatra engedélyezett időkorlátozás nélkül, a „ fizika ” [1] hatókörével .

Definíció

Egy elektronvolt egyenlő azzal az energiával , amely egy elemi töltés átviteléhez szükséges elektrosztatikus térben 1 V potenciálkülönbségű pontok között [ 2] . Mivel a q töltés átvitele során a munka egyenlő qU -val (ahol U  a potenciálkülönbség), és az elemi töltés 1,602 176 634⋅10 −19 C (pontosan) [3] , akkor

1 eV = 1,602 176 634⋅10 −19 J (pontosan) = 1,602 176 634⋅10 −12 erg (pontosan).

Alapvető információk

Az elemi részecskefizikában nem csak az E energiát szokták elektronvoltban kifejezni , hanem az elemi részecskék m tömegét is [4] [5] . Ennek az az oka, hogy a tömeg és az energia egyenértékűsége miatt teljesül az m = E 0 / c 2 összefüggés , ahol c  a fénysebesség , E 0 pedig a részecske nyugalmi energiája. Mivel c  egy 299 792 458 m/s -nak megfelelő (pontosan) alapállandó, amely semmilyen körülmények között nem változik, így az elektronvoltban kifejezett nyugalmi energiájának megadása a részecske tömegének jellemzőjeként egyértelműen meghatározza a tömeg értékét. hagyományos egységekben és félreértésekhez nem vezet. Tömegegységben 1 eV = 1,782 661 921...⋅10 −36 kg (pontosan) [3] , és fordítva, 1 kg = 5,609 588 603...⋅10 35 eV (pontosan) [3] . Az atomtömeg egység értéke megközelíti az 1 GeV -ot (körülbelül 7%-os hibával): 1 a. e.m. _ _ _ e.m. [3] . Egy elemi részecske impulzusa elektronvoltban is kifejezhető (szigorúan véve eV/ c ).

Az elektronvolt kis érték a legtöbb nukleáris folyamatra jellemző energiákhoz képest; a fizika ezen a területén általában több egységet használnak:

A részecskegyorsítók legújabb generációja több billió elektronvolt (tera elektronvolt, TeV) elérését teszi lehetővé. Egy TeV megközelítőleg megegyezik egy repülő szúnyog (kinetikai) energiájával [6] vagy azzal az energiával, amely akkor szabadul fel, amikor egy kis, 1 mm átmérőjű vízcsepp (tömeg kb. 0,5 mg ) 3 cm magasságból leesik .

A hőmérsékletet , amely a részecskék átlagos kinetikus energiájának mértéke, néha elektronvoltban is kifejezik, egy egyatomos ideális gázban lévő részecskék hőmérsékletének és energiájának aránya alapján, E kin = 3 ⁄ 2 kT [5] . Hőmérséklet mértékegységeiben 1 eV 11 604,518 12... kelvinnek felel meg (pontosan) [3] (lásd Boltzmann állandója ) [7] .

Az elektronvoltok az elektromágneses sugárzáskvantumok ( fotonok ) energiáját fejezik ki. A ν frekvenciájú fotonok elektronvoltban kifejezett energiája numerikusan egyenlő h ν/ E eV , a λ hullámhosszú  sugárzás hc /(λ E eV ) , ahol h Planck  állandója , E eV  pedig egyenlő energiával egy elektronvoltra, ugyanazon egységrendszer egységeiben kifejezve, mint a h , ν és λ kifejezésére . Mivel ultrarelativisztikus részecskék esetében, beleértve a fotonokat is, λ E \u003d hc , akkor az ismert hullámhosszú fotonok energiájának kiszámításakor (és fordítva) gyakran hasznos egy konverziós tényező, amely a Planck-állandó és a fotonok sebességének szorzata. fény eV nm -ben kifejezve:

hc = 1239,841 984... eV nm (pontosan) [3] ≈ 1240 eV nm.

Így egy 1 nm hullámhosszú foton energiája 1240 eV; egy 10 eV energiájú foton hullámhossza 124 nm, és így tovább.

A külső fotoelektromos hatás működési funkcióját szintén elektronvoltokban mérik  - ez a minimális energia, amely ahhoz szükséges, hogy egy elektront fény hatására eltávolítsanak az anyagból .

A kémiában gyakran használják az elektronvolt moláris egyenértékét. Ha egy mól elektront vagy egyszeresen töltött iont viszünk át 1 V potenciálkülönbségű pontok között , akkor Q = 96 485,332 12... J (pontosan) [3] energiát nyer (vagy veszít) , ami egyenlő 1 szorzatával. eV és Avogadro száma . Ez a joule-ban kifejezett érték számszerűen megegyezik a Faraday-állandóval ( 1 mól elektron töltési modulusa ), függőben kifejezve. Hasonlóképpen, ha egy kémiai reakció során egy mól anyagban 96,485 kJ energia szabadul fel (vagy abszorbeálódik) , akkor ennek megfelelően minden molekula körülbelül 1 eV -ot veszít (vagy növel) .

Az elemi részecskék és más kvantummechanikai állapotok, például az atomenergia szintjei Γ bomlási szélességét szintén elektronvoltban mérik . A csillapítási szélesség a τ állapot- élettartamhoz kapcsolódó állapotenergia -bizonytalanság a bizonytalansági relációval : Γ = ħ / τ ). Egy 1 eV bomlási szélességű részecske élettartama 6,582 119 569...⋅10 −16 s (pontosan) [3] . Hasonlóképpen egy 1 s élettartamú kvantummechanikai állapot szélessége 6,582 119 569...⋅10 −16 eV (pontosan) [3] .

Az "elektronvolt" kifejezést az elsők között az amerikai fizikus és mérnök, Karl Darrow használta 1923-ban [8] .

Többszörösek és résztöbbségek

A magfizikában és a nagyenergiájú fizikában gyakran használják a többszörös mértékegységeket: kiloelektronvolt (keV, keV, 10 3 eV), megaelektronvolt (MeV, MeV, 10 6 eV), gigaelektronvolt (GeV, GeV, 10 9 eV) és terán volt. TeV, TeV , 10 12 eV). A kozmikus sugárzás fizikában ezen kívül peta-elektronvoltokat (PeV, PeV, 10 15 eV) és exa-elektronvoltokat (EeV, EeV, 10 18 eV) használnak. A szilárdtestek sávelméletében , a félvezetőfizikában és a neutrínófizikában  - szubmultiple mértékegységek: millielektronvolt (meV, meV, 10 −3 eV).

Többszörös Dolnye
nagyságrendű cím kijelölés nagyságrendű cím kijelölés
10 1 eV dekaelektronvolt DaeV DaeV 10 −1 eV decielektronvolt deV deV
10 2 eV hektoelektronvolt geV heV 10 −2 eV centielektronvolt sev ceV
10 3 eV keV keV keV 10 −3 eV millielektronvolt meV meV
10 6 eV megaelektronvolt MeV MeV 10 −6 eV mikroelektronvolt µeV µeV
10 9 eV gigaelektronvolt GeV GeV 10 −9 eV nanoelektronvolt neV neV
10 12 eV teraelektronvolt TeV TeV 10 −12 eV pikoelektronvolt peV peV
10 15 eV petaelektronvolt PeV PeV 10 -15 eV femtoelektronvolt fev feV
10 18 eV exaelektronvolt EeV EEV 10 −18 eV attoelektronvolt aeV aeV
10 21 eV zettaelektronvolt ZeV ZeV 10 −21 eV zeptoelektronvolt zeV zeV
10 24 eV yottaelektronvolt IeV YeV 10 −24 eV ioktoelektronvolt IeV yeV
     használatra ajánlott      alkalmazása nem javasolt

Az energiák és tömegek néhány értéke elektronvoltban

Az 1 THz frekvenciájú elektromágneses sugárzás kvantumának energiája 4,13 meV
Egy molekula transzlációs mozgásának hőenergiája szobahőmérsékleten ≈0,025 eV
1240 nm hullámhosszú fotonenergia ( az optikai spektrum infravörös közeli tartománya) 1,0 eV
500 nm hullámhosszú foton energiája ( a látható spektrumban a zöld és a kék szín határa) ≈2,5 eV
Egy vízmolekula képződésének energiája hidrogénből és oxigénből [9] 3,0 eV
Rydberg-állandó (majdnem egyenlő a hidrogénatom ionizációs energiájával ) 13.605 693 122 994(26) eV [3]
Egy elektron energiája egy TV sugárcsövében Körülbelül 20 keV
kozmikus sugárzás energiái 1 MeV — 1⋅10 21 eV
A részecskék jellemző energiája - a nukleáris bomlás termékei
alfa részecskék 2–10 MeV [10]
béta részecskék 0–6 MeV [10]
gamma kvantumok 0,01–5 MeV [10]
Részecsketömegek
Neutrino [11] Mindhárom íz tömegének összege < 0,12 eV [12]
Elektron [11] 0,510 998 950 00(15) MeV [3]
Proton [11] 938.272 088 16(29) MeV [3]
Higgs-bozon 125,09 ± 0,24 GeV [13]
t-kvark (a legnehezebb ismert elemi részecske) [11] 173,315 ± 0,485 ± 1,23 GeV [14]
Planck tömeg
1.220 890(14)⋅10 19 GeV [3]

Jegyzetek

  1. ↑ Az Orosz Föderációban használható mennyiségi egységekre vonatkozó előírások. 2013. november 2-i archív másolat az Orosz Föderáció kormányának 2009. október 31-i 879. számú rendeletével jóváhagyott Wayback Machine -n.
  2. ↑ Elektronvolt // Nagy Szovjet Enciklopédia  : [30 kötetben]  / ch. szerk. A. M. Prohorov . - 3. kiadás - M .  : Szovjet Enciklopédia, 1969-1978.
  3. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Alapvető fizikai állandók – Teljes lista
  4. ↑ L. B. Okun népszerű tudományos jelentése az Orosz Tudományos Akadémia Elnökségén
  5. ↑ 1 2 Elektronvolt // Fizikai enciklopédia / Ch. szerk. A. M. Prohorov . - M . : Great Russian Encyclopedia , 1998. - T. 5. Stroboszkópos eszközök - Fényerő. - S. 545. - 760 p. — ISBN 5-85270-101-7 .
  6. ↑ Szószedet  – CMS Collaboration, CERN: "Elektronvolt (eV): A részecskefizikában használt energia- vagy tömegegység". (Angol)
  7. ↑ Energiaegyenértékek átváltási tényezői
  8. ↑ Darrow KK Néhány kortárs előrelépés a fizikában  //  Bell System Technical Journal. — Vol. 2. (4) bekezdése alapján. - P. 110. Archiválva : 2014. október 12.
  9. ↑ Számszerűen egyenlő a víz képződésének standard entalpiájával , joule/molban, osztva az Avogadro-állandóval és osztva a coulombban megadott elektrontöltés modulusával
  10. ↑ 1 2 3 Gamma-ray Spectrum katalógus
  11. ↑ 1 2 3 4 Távolságok, energiák és tömegek mértékegységei
  12. ↑ Mertens S. Közvetlen neutrínótömeg-kísérletek  //  J. Phys.: Conf. Szer.. - 2016. - 2. évf. 718 . — P. 022013 . Nyílt hozzáférésű
  13. ↑ A Higgs-bozon tömegének ATLAS és CMS közös kibocsátási mérése (hivatkozás nem érhető el) . Letöltve: 2015. június 28. Az eredetiből archiválva : 2015. április 2. 
  14. ↑ A felső kvark tulajdonságai: eredmények

Linkek

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák