Elektron-volt

Elektron-volt
eV, eV
Värde energi
Systemet utanför systemet
Sorts derivat

Elektrovolt ( elektronvolt , sällan elektronvolt ; rysk beteckning: eV, internationell: eV) är en energienhet utanför systemet som används inom atom- och kärnfysik , i elementär partikelfysik och inom nära och relaterade vetenskapsområden ( biofysik , fysikalisk kemi , astrofysik , etc.. P.). I Ryska federationen är elektronvolten godkänd för användning som en enhet utanför systemet utan tidsbegränsning inom ramen för " fysik " [1] .

Definition

En elektronvolt är lika med energin som krävs för att överföra en elementär laddning i ett elektrostatiskt fält mellan punkter med en potentialskillnad på 1 V [2] . Eftersom arbetet under överföringen av laddning q är lika med qU (där U  är potentialskillnaden), och den elementära laddningen är 1,602 176 634⋅10 −19 C (exakt) [3] , så

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

Grundläggande information

Inom elementarpartikelfysiken uttrycks vanligtvis inte bara energin E i elektronvolt , utan även massan m av elementarpartiklar [4] [5] . Anledningen till detta är det faktum att, på grund av ekvivalensen mellan massa och energi , är förhållandet m = E 0 / c 2 uppfyllt , där c  är ljusets hastighet , E 0 är energin för en partikel i vila. Eftersom c  är en grundkonstant lika med 299 792 458 m / s (exakt), som inte förändras under några förhållanden, bestämmer det entydigt värdet av massan genom att indikera dess viloenergi uttryckt i elektronvolt som en egenskap för massan av en partikel i några traditionella enheter och till missförstånd leder inte. I massenheter är 1 eV = 1,782 661 921...⋅10 −36 kg (exakt) [3] , och vice versa, 1 kg = 5,609 588 603...⋅10 35 eV (exakt) [3] . Atommassenheten är i värde nära 1 GeV (med ett fel på cirka 7%): 1 a. e.m. _ _ _ e.m. [3] . En elementarpartikels rörelsemängd kan också uttryckas i elektronvolt (strängt taget i eV/ c ) .

En elektronvolt är ett litet värde jämfört med energierna som är karakteristiska för de flesta kärnprocesser; flera enheter används vanligtvis inom detta område av fysiken:

Den senaste generationen av partikelacceleratorer gör det möjligt att nå flera biljoner elektronvolt (tera elektronvolt, TeV). En TeV är ungefär lika med (kinetisk) energin hos en flygande mygga [6] eller energin som frigörs när en liten vattendroppe med en diameter på 1 mm (massa ca. 0,5 mg ) faller från en höjd av 3 cm .

Temperatur , som är ett mått på den genomsnittliga kinetiska energin hos partiklar, uttrycks också ibland i elektronvolt, baserat på förhållandet mellan temperatur och energi hos partiklar i en monoatomisk idealgas Ekin = 3 ⁄ 2 kT [5] . I temperaturenheter motsvarar 1 eV 11 604.518 12... kelvin (exakt) [3] (se Boltzmanns konstant ) [7] .

Elektronvolt uttrycker energin hos elektromagnetisk strålningskvanta ( fotoner ). Energin hos fotoner med frekvensen ν i elektronvolt är numeriskt lika med h ν/ E eV , och strålning med en våglängd λ  är hc /(λ E eV ) , där h  är Plancks konstant och E eV  är energin lika med till en elektronvolt, uttryckt i enheter av samma enhetssystem som används för att uttrycka h , ν , och λ . Eftersom för ultrarelativistiska partiklar, inklusive fotoner, λ E \u003d hc , då när man beräknar energin för fotoner med en känd våglängd (och vice versa), är en omvandlingsfaktor ofta användbar, som är produkten av Planck-konstanten och hastigheten på ljus uttryckt i eV nm :

hc = 1239.841 984... eV nm (exakt) [3] ≈ 1240 eV nm.

Således har en foton med en våglängd på 1 nm en energi på 1240 eV; en foton med en energi på 10 eV har en våglängd på 124 nm, och så vidare.

Arbetsfunktionen hos den externa fotoelektriska effekten mäts också i elektronvolt  - den minsta energi som krävs för att avlägsna en elektron från ett ämne under påverkan av ljus .

Inom kemi används ofta den molära ekvivalenten av en elektronvolt. Om en mol elektroner eller enkelladdade joner överförs mellan punkter med en potentialskillnad på 1 V , får den (eller förlorar) energi Q = 96 485.332 12... J (exakt) [3] , lika med produkten av 1 eV och Avogadros nummer . Detta värde, uttryckt i joule, är numeriskt lika med Faraday-konstanten (laddningsmodul för 1 mol elektroner), uttryckt i hängen. På liknande sätt, om under en kemisk reaktion i en mol av ett ämne frigörs (eller absorberas) en energi på 96,485 kJ , så förlorar (eller vinner) varje molekyl i enlighet därmed cirka 1 eV .

Förfallsbredden Γ för elementarpartiklar och andra kvantmekaniska tillstånd, såsom kärnenerginivåer, mäts också i elektronvolt . Avklingningsbredden är tillståndsenergiosäkerheten relaterad till tillståndslivslängden τ genom osäkerhetsrelationen : Γ = ħ / τ ) . En partikel med en sönderfallsbredd på 1 eV har en livslängd på 6,582 119 569...⋅10 −16 s (exakt) [3] . På liknande sätt har ett kvantmekaniskt tillstånd med en livslängd på 1 s en bredd på 6,582 119 569...⋅10 −16 eV (exakt) [3] .

En av de första som använde termen "elektronvolt" var den amerikanske fysikern och ingenjören Karl Darrow 1923 [8] .

Multipler och submultiplar

Inom kärn- och högenergifysik används ofta flera enheter: kiloelektronvolt (keV, keV, 10 3 eV), megaelektronvolt (MeV, MeV, 10 6 eV), gigaelektronvolt (GeV, GeV, 10 9 eV) och tera (elektronvolt) TeV, TeV, 1012 eV ). I kosmisk strålfysik används dessutom peta-elektronvolt (PeV, PeV, 10 15 eV) och exa-elektronvolt (EeV, EeV, 10 18 eV). I bandteorin för fasta ämnen, halvledarfysik och neutrinofysik  - submultipelenheter: millielektronvolt (meV, meV, 10 −3 eV).

Multipel Dolnye
magnitud titel beteckning magnitud titel beteckning
10 1 eV dekaelektronvolt DaeV DaeV 10 −1 eV decielectronvolt deV deV
10 2 eV hektoelektronvolt geV heV 10 −2 eV centieelektronvolt 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 petaelectronvolt PeV PeV 10 −15 eV femtoelektronvolt feb feV
10 18 eV exaelektronvolt EeV EEV 10 −18 eV atoelektronvolt aeV aeV
10 21 eV zettaelektronvolt ZeV ZeV 10 −21 eV zeptoelektronvolt zeV zeV
10 24 eV yottaelectronvolt IeV YeV 10 −24 eV ioktoelektronvolt IeV yeV
     rekommenderas för användning      ansökan rekommenderas inte

Vissa värden på energier och massor i elektronvolt

Energin hos ett kvantum av elektromagnetisk strålning med en frekvens på 1 THz 4,13 meV
Termisk energi av translationell rörelse av en molekyl vid rumstemperatur ≈0,025 eV
Fotonenergi med en våglängd på 1240 nm ( nära infrarött område av det optiska spektrumet) 1,0 eV
Energi hos en foton med en våglängd på 500 nm (gränsen för gröna och blå färger i det synliga spektrumet) ≈2,5 eV
Energi för bildning av en vattenmolekyl från väte och syre [9] 3,0 eV
Rydberg konstant (nästan lika med joniseringsenergin för en väteatom ) 13.605 693 122 994(26) eV [3]
Energin hos en elektron i ett strålrör på en TV Cirka 20 keV
kosmiska strålenergier 1 MeV — 1⋅10 21 eV
Typisk energi av partiklar - produkter av kärnkraftsförfall
alfapartiklar 2–10 MeV [10]
beta partiklar 0–6 MeV [10]
gammakvanta 0,01–5 MeV [10]
Partikelmassor
Neutrino [11] Summan av massorna av alla tre smakerna < 0,12 eV [12]
Elektron [11] 0,510 998 950 00(15) MeV [3]
Proton [11] 938.272 088 16(29) MeV [3]
Higgs boson 125,09 ± 0,24 GeV [13]
t-kvark (den tyngsta kända elementarpartikeln) [11] 173,315 ± 0,485 ± 1,23 GeV [14]
Planck massa
1,220 890(14)⋅10 19 GeV [3]

Anteckningar

  1. ↑ Regler om kvantitetsenheter som är tillåtna för användning i Ryska federationen. Arkivexemplar av 2 november 2013 på Wayback-maskinen godkänd genom dekret från Ryska federationens regering av 31 oktober 2009 nr 879.
  2. ↑ Elektronvolt // Stora sovjetiska encyklopedin  : [i 30 volymer]  / kap. ed. A. M. Prokhorov . - 3:e uppl. - M .  : Soviet Encyclopedia, 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 Fundamental Physical Constants — Komplett lista
  4. ↑ Populärvetenskaplig rapport vid den ryska vetenskapsakademins presidium av L. B. Okun
  5. ↑ 1 2 Electronvolt // Physical Encyclopedia / Kap. ed. A. M. Prokhorov . - M . : Great Russian Encyclopedia , 1998. - T. 5. Stroboskopiska enheter - Ljusstyrka. - S. 545. - 760 sid. — ISBN 5-85270-101-7 .
  6. ↑ Ordlista  - CMS Collaboration, CERN: "Electronvolt (eV): En enhet av energi eller massa som används i partikelfysik". (Engelsk)
  7. ↑ Omräkningsfaktorer för energiekvivalenter
  8. ↑ Darrow KK Några samtida framsteg i fysik  //  Bell System Technical Journal. — Vol. 2 (4). - S. 110. Arkiverad 12 oktober 2014.
  9. ↑ Numeriskt lika med standardentalpin för bildning av vatten i joule per mol dividerat med Avogadro-konstanten och dividerat med elektronladdningsmodulen i coulombs
  10. ↑ 1 2 3 Gamma-Ray Spectrum Catalogue
  11. ↑ 1 2 3 4 Måttenheter för avstånd, energier och massor
  12. ↑ Mertens S. Direct Neutrino Mass Experiment  //  J. Phys.: Conf. Ser.. - 2016. - Vol. 718 . — S. 022013 . Fri tillgång
  13. ↑ ATLAS och CMS släpper gemensam mätning av Higgs bosonmassa (länk ej tillgänglig) . Hämtad 28 juni 2015. Arkiverad från originalet 2 april 2015. 
  14. ↑ Egenskaper för toppkvarken: resultat

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk