Elektronvolt

Frekvencija fotona nasuprot energije čestice u elektronvoltima. Energija fotona varira sa frekvencijom fotona, što je vezano konstantom brzine svetlosti. Ovi kontrasti sa masivnim česticama od kojih energija zavisi od svoje brzine i ostatka mase.

Legenda

γ: Gama zraci	MIR: srednje infracrveno	HF: visoka frekvencija.
HX: Jaki X-zraci	FIR: daleko infracrveno	MF: srednja frekvencija.
SX: Blagi X-zraci	Radio talas	LF: niska frekvencija.
EUV: Ekstremna ultraljubičasta	EHF= ekstremno visoka frekvencija	VLF: veoma niska frekvencija
NUV: Blizu ultraljubičastog	SHF= super visoka frekvencija	VF/ULF: zbučna frekvencija
Vidljivo svetlo	UHF= ultra visoka frekvencija	SLF: super niska frekvencija
NIR: Blizo infracrvenog	VHF= veoma visoka frekvencija	ELF: ekstremno niska frekvencija
Frek.: Frekvencija

Elektronvolt, eV, je jedinica energije jednaka kinetičkoj energiji koju zadobije slobodni elektron u vakuumu prolaskom kroz potencijalnu razliku od jednog volta. Drugim rečima, to je jedan volt (1 volt = 1 džul po kulonu) puta naelektrisanje jednog elektrona (u kulonima). Jedan elektronvolt je vrlo mala jedinica energije: 1 eV = 1,602 176 53(14)×10⁻¹⁹ J.

U fizici, elektronvolt (simbol eV; takođe se piše elektron volt) jeste jedinica energije jednaka približno 160 zeptodžula (simbol zJ) ili 6981160000000000000♠1,6×10⁻¹⁹ džula (simbol J). Po definiciji, to je količina energije dobijene (ili izgubljene) nabojem jednog elektrona koji se pomera kroz električnu potencijalnu razliku jednog volta. Tako je 1 volt (1 džul po kulonu ili 7000100000000000000♠1 J/°C) pomnožen elementarnim nabojem (e, ili 6981160217656499999♠1,602176565(35)×10⁻¹⁹ C). Otuda je, jedan elektronvolt jednak 6981160217656499999♠1,602176565(35)×10⁻¹⁹ J. Istorijski, elektronvolt je bio standardna jedinica mere kroz svoju koristivost u elektrostatičkom akceleratoru čestica zbog čestica sa nabojem q koji ima energiju E = qV kroz prolazak kroz potencijal V; ako se q uzima u celobrojnim jedinicama elementarnog naboja i terminalni prednapon u voltima, dobija se energija u eV.

Elektronvolt nije SI jedinica, te je njegova definicija empirijska (za razliku od litra, svetlosne godine i ostalih takvih ne-SI jedinica), tako da njegova vrednost u SI jedinicama mora biti dobijena eksperimentalno. Kao elementarni naboj na kojem je zasnovan, on nije nezavisnog kvantiteta nego je jednak 1 J/C √2hα / μ₀c₀. To je opšta jedinica energije u fizici, šire korištena u čvrstom stanju, atomskoj, nuklearnoj i fizici čestica. Često se koristi sa metričkim prefiksima mili-, kilo-, mega-, giga-, tera-, peta- ili eksa- (meV, keV, MeV, GeV, TeV, PeV i EeV respektivno). Tako meV stoji za milielektronvolt.

U nekim starijim dokumentima, i u imenu Bevatron, simbol BeV se koristi, koji stoji za milijardu eV; to je ekvivalent za GeV.

Mera	Jedinica	SI vrednost jedinice
Energija	eV	6981160217656499999♠1,602176565(35)×10−19 J
Masa	eV/c2	6964178266199900000♠1,782662×10−36 kg
Impuls	eV/c	6972534428600000000♠5,344286×10−28 kg⋅m/s
Temperatura	eV/kB	7004116045050099999♠11604.505(20) K
Vreme	ħ/eV	6984658211900000000♠6,582119×10−16 s
Udaljenost	ħc/eV	6993197327000000000♠1,97327×10−7 m

Definicija

Elektronvolt je količina kinetičke energije stečena ili izgubljena jednim elektronom koji ubrzava iz mirovanja kroz električnu razliku potencijala od jednog volta u vakuumu. Otuda ima vrednost od jednog volta, 7000100000000000000♠1 J/C, pomnoženog sa elementarnim naelektrisanjem elektrona e, 6981160217663400000♠1,602176634×10⁻¹⁹ C. Prema tome, jedan elektronvolt je jednak 6981160217663400000♠1,602176634×10⁻¹⁹ J.

Elektronvolt, za razliku od volta, nije SI jedinica. Elektronvolt (eV) je jedinica energije dok je volt (V) izvedena SI jedinica električnog potencijala. SI jedinica za energiju je džul (J).

Masa

Ekvivalencijom mase i energije, elektrovolta je takođe jedinica mase. Uobičajeno je u fizici čestica, gde se jedinice mase i energije često zamenjuju, da se masa izražava u jedinicama eV/c², gde je c brzina svetlosti u vakuumu (od E = mc²). Uobičajeno je da se masa jednostavno izražava u vidu „eV” kao jedinicom mase, efikasno koristeći sistem prirodnih jedinica sa c podešenim na 1. Ekvivalent mase od 7000100000000000000♠1 eV/c² je

$1\;{\text{eV}}/c^{2}={\frac {(1.602\ 176\ 634\times 10^{-19}\;{\text{C}})\cdot 1\;{\text{V}}}{(2.99\ 792\ 458\times 10^{8}\;{\text{m}}/{\text{s}})^{2}}}=1.782\ 661\ 92\times 10^{-36}\;{\text{kg}}.$

Na primer, elektron i pozitron, svaki sa masom od 6999511000000000000♠0,511 MeV/c², mogu da se unište dajući 6987163742436971400♠1,022 MeV energije. Masa protona je 6999938000000000000♠0,938 GeV/c². Generalno, mase svih hadrona su reda 7000100000000000000♠1 GeV/c², što GeV (gigaelektronvolt) čini pogodnom jedinicom mase za fiziku čestica:

7000100000000000000♠1 GeV/c² = 6973178266192000000♠1,78266192×10⁻²⁷ kg.

Objedinjena atomska jedinica mase (u), gotovo tačno 1 gram podeljena Avogadrovim brojem, gotovo je masa atoma vodonika, što je uglavnom masa protona. Da bi se pretvorila u elektronvolte, koristi se formula:

1 u = 7002931494100000000♠931,4941 MeV/c² = 6999931494100000000♠0,9314941 GeV/c².

Korišćenje elektronvolta za izražavanje mase

Prema Ajnštajnu energija je ekvivalentna masi, E=mc² (1 kg = 90 peta džula). Zbog toga je u fizici elementarnih čestica, gde se masa i energija koriste kao sinonimi, uobičajena upotreba jedinice eV/c² ili još jednostavnije samo eV za izražavanje mase.

Na primer, elektron i pozitron svaki sa masom od 0,511 MeV/c², mogu da se anihiliraju oslobađajući energiju od 1,022 MeV. Proton ima masu od 0,938 GeV, što čini GeV (gigaelektronvolt)vrlo pogodnom jedinicom za masu subatomskih čestica.

1 eV/c² = 1,783×10⁻³⁶ kg

1 keV/c² = 1,783×10⁻³³ kg

1 MeV/c² = 1,783×10⁻³⁰ kg

1 GeV/c² = 1,783×10⁻²⁷ kg

1 TeV/c² = 1,783×10⁻²⁴ kg

1 PeV/c² = 1,783×10⁻²¹ kg

1 EeV/c² = 1,783×10⁻¹⁸ kg

Elektronvolt i energija

Za poređenje:

• 3,2×10⁻¹¹ J ili 200 MeV je totalna energija oslobođena cepanjem jednog atoma U-235 (ovo je srednja vrednost; prava vrednost zavisi od načina cepanja)
• 3,5×10⁻¹¹ J ili 210 MeV je srednja vrednost energije oslobođene pri cepanju jednog atoma Pu-239 atom (prava vrednost zavisi od načina cepanja)
• Energije hemijskih veza su reda elektronvolta po molekulu.
• Kinetička energija molekula u atmosferi na sobonoj temeperaturi je oko 1 ×10⁻²¹ J ili 1/40 eV.
• Izraz $1eV=1V\times q_{e}$ pokazuje zašto je eV osnovna jedinica za energiju pošto $V\ {\stackrel {\mathrm {def} }{=}}\ {W \over q_{0}}$ ili ekvivalentno $V\ {\stackrel {\mathrm {def} }{=}}\ {\triangle E \over q_{0}}$ čime se uklanja pogrešno verovanje da je eV jedinica za potencijal ili naelktrisanje.

Elektronvolt i osobine fotona

Energija, E, frekvencija, ν, i talasna dužina, λ fotona povezani su izrazom

$E=h\nu ={\frac {hc}{\lambda }}={\frac {1240~{\rm {nm~eV}}}{\lambda }}$

gde je h Plankova konstanta a c brzina svetlosti. Na primer, spektar vidljivog zračenja prostire se u opsegu talasnih dužina 400 nm do 700 nm. Stoga fotoni vidljivog zračenja imaju energije od

$E_{min}={\frac {1240~{\rm {nm~eV}}}{700~{\rm {nm}}}}=1,77~{\rm {eV}}$

do

$E_{max}={\frac {1240~{\rm {nm~eV}}}{400~{\rm {nm}}}}=3,10~{\rm {eV}}$.

Elektronvolt i temperatura

U nekim oblastima, kao što je fizika plazme, uobičajeno je da se elektronvolt koristi kao jedinica temperature. Konverzija u kelvine, K, postiže se preko Bolcmanove konstante, k_B

${1{\mbox{ eV}} \over k_{B}}={1,60217653(14)\times 10^{-19}{\mbox{J}} \over 1,3806505(24)\times 10^{-23}{\mbox{J/K}}}=11604,505(20){\mbox{ kelvins}}$

Na primer, tipična plazma u fuziji je energije 15 keV, ili 174 megakelvina.

Upotreba elektronvolta za izražavanje vremena i rastojanja

U fizici čestica, rastojanje i vreme se ponekad izražava u inverznim elektronvoltima preko faktora konverzije

• $\hbar$ = 6,582 118 89(26) x 10^-16 eV s
• $\hbar c$ = 197,326 960 2(77) eV nm

Vidi još

• Termodinamika

Literatura

• E Richard Cohen; Tom Cvitas; Jeremy G Frey; Bertil Holstrom; John W Jost, ur. (2007). Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry (PDF). International Union of Pure and Applied Chemistry (3. izd.). Royal Society of Chemistry; 3rd edition. ISBN 0854044337. 

• International Union of Pure and Applied Chemistry (1993). Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry, 2nd edition, Oxford: Blackwell Science. ISBN 0-632-03583-8. Electronic version.

Spoljašnje veze

• BIPM's definition of the electronvolt
• physical constants reference; CODATA data