Elektron-volt

Iz Wikipedije, besplatne enciklopedije
Idi na navigaciju Idi na pretraživanje
Elektron-volt
eV, eV
Količina energije
Sistem nesistemski
Vrstu izvedenica

EV (elektron volti, rijetko elektron volti; ruski zapis eV International: eV) - off-sistem za energije koristi u nuklearnoj elektrani i nuklearne fizike , u osnovnoj fizici čestica i u neposrednoj blizini i srodnih oblasti nauke ( biofizike , fizičke hemije , astrofizika itd. NS.). U Ruskoj Federaciji elektronvolt je odobren za upotrebu kao izvansistemska jedinica na neograničeno vrijeme s opsegom " fizike " [1] .

Definicija

Jedan elektron-volt jednak je energiji potrebnoj za prijenos elementarnog naboja u elektrostatičkom polju između točaka s razlikom potencijala od 1 V [2] . Budući da je rad pri prijenosu naboja q jednak qU (gdje je U razlika potencijala), a elementarni naboj 1.602 176 634⋅10 −19 C (točno) [3] , tada

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

Osnovne informacije

U fizici elementarnih čestica , ne samo energija E , već i masa m elementarnih čestica obično se izražava u elektronvoltima [4] [5] . Razlog tome je činjenica da je zbog ekvivalentnosti mase i energije ispunjen odnos m = E 0 / c 2 , gdje je c brzina svjetlosti , E 0 je energija čestice u mirovanju. Budući da je c temeljna konstanta jednaka 299 792 458 m / s (tačno), koja se ne mijenja ni pod kojim uvjetima, naznaka kao karakteristika mase čestice njene energije mirovanja, izražena u elektron voltima, nedvosmisleno određuje vrijednost masa u bilo kojim tradicionalnim jedinicama i nesporazumi ne vode. U jedinicama mase, 1 eV = 1,782 661 921 ... ⋅10 −36 kg (tačno) [3] , i naprotiv, 1 kg = 5,609 588 603 ... ⋅10 35 eV (tačno) [3] . Vrijednost jedinice atomske mase je blizu 1 GeV (s greškom od oko 7%): 1 amu. e. m. = 931.494 102 42 (28) MeV, i suprotno, 1 GeV = 1.073 544 102 33 (32) a. e. m. [3] . Zamah elementarne čestice može se izraziti i u elektron voltima (strogo govoreći, u eV / s ).

Elektronski volt je mala vrijednost u usporedbi s energijama karakterističnim za većinu nuklearnih procesa; u ovom se području fizike obično koristi više jedinica:

  • kiloelektronvolt (keV) - 1000 eV,
  • megaelektronvolt (MeV) - 1 milion elektronvolta,
  • gigaelektronvolt (GeV) - 1 milijarda elektronvolti,
  • teraelektronvolt (TeV) - 1 trilion elektronvolti.

Najnovija generacija akceleratora čestica može postići nekoliko trilijuna elektron volti (teraelektronvolti, TeV). Jedan TeV približno je jednak (kinetičkoj) energiji letećeg komarca [6] ili energiji koja se oslobađa kada mala kap vode promjera 1 mm (težine oko 0,5 mg ) padne s visine od 3 cm .

Temperatura , koja je mjera prosječne kinetičke energije čestica, ponekad se izražava i u elektron voltima, na osnovu omjera temperature i energije čestica u jednoatomskom idealnom plinu E kin = 3 2 kT [5] . U temperaturnim jedinicama 1 eV odgovara 11 604.518 12 ... kelvin (tačno) [3] (vidi Boltzmannovu konstantu ) [7] .

U elektron voltima se izražava energija kvantova elektromagnetskog zračenja ( fotona ). Energija fotona frekvencije ν u elektron voltima je numerički jednaka h ν / E eV , a zračenja talasne dužine λ - hc / (λ E eV ) , gdje je h Planckova konstanta , a E eV je energija jednak jednom elektron voltu, izražen u jedinicama tog istog sistema jedinica koji se koristi za izražavanje h , ν i λ . Budući da je za ultrarelativističke čestice, uključujući fotone, λ E = hc , pri izračunavanju energije fotona s poznatom valnom duljinom (i obrnuto) često koristan faktor pretvorbe, koji je proizvod Planckove konstante i brzine svjetlosti izražene u eV nm :

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

Dakle, foton talasne dužine 1 nm ima energiju od 1240 eV; foton energije 10 eV ima valnu duljinu 124 nm itd.

U elektron voltima, radna funkcija se mjeri i vanjskim fotoelektričnim efektom - minimalnom energijom potrebnom za uklanjanje elektrona iz tvari pod utjecajem svjetlosti .

U kemiji se često koristi molarni ekvivalent elektron volta. Ako se jedan mol elektrona ili pojedinačno nabijenih iona prenese između točaka s razlikom potencijala od 1 V , on dobiva (ili gubi) energiju Q = 96 485.332 12 ... J (točno) [3] , jednako proizvodu 1 eV prema Avogadrovom broju . Ova vrijednost, izražena u džulima, brojčano je jednaka Faradayevoj konstanti (modul naboja 1 mola elektrona), izraženoj u kulonima. Slično, ako se tijekom kemijske reakcije u jednom molu tvari oslobodi (ili apsorbira) energija od 96.485 kJ , tada, prema tome, svaka molekula gubi (ili dobiva) oko 1 eV .

Širina raspada Γ elementarnih čestica i drugih kvantno-mehaničkih stanja, na primjer, nuklearna energija, također se mjeri u elektron voltima. Širina opadanja je nesigurnost energije stanja povezana sa vijekom trajanja stanja τ relacijom nesigurnosti : Γ = ħ / τ ). Čestica sa širinom raspada od 1 eV ima vijek trajanja 6.582 119 569 ... ⋅10 −16 s (tačno) [3] . Slično, kvantno-mehaničko stanje sa vijekom trajanja 1 s ima širinu od 6.582 119 569 ... ⋅10 −16 eV (tačno) [3] .

Jedan od prvih koji je upotrijebio izraz "elektron volt" bio je američki fizičar i inženjer Karl Darrow [en] 1923. godine [8] .

Više i podmnožica

U nuklearne fizike, fizike visokih energija se obično koristi više jedinica: kiloelectronvolts (keV, keV, 10. mart eV) megaelectronvolts (MeV, MeV, 10. juni eV) GeV (GeV, GeV, 10. septembar eV) i teraelectronvolts (TeV, TeV, 10 12 eV). U fizici kozmičkih zraka , osim toga, koriste se peteelektronvolti (PeV, PeV, 10 15 eV) i egzaelektronvolti (EeV, EeV, 10 18 eV). U teoriji bend materije, poluvodiča fizike i fizike, neutrini su frakcijski jedinice: millielectronvolts (meV, meV, 10 -3 eV).

Višestruki Dugoročno
magnitude naslov označavanje magnitude naslov označavanje
10 1 eV dekaelektronvolt daeV daeV 10 −1 eV decielectronvolt deV deV
10 2 eV hektoelektronvolt geV heV 10 −2 eV centielectronvolt ceV ceV
10 3 eV keV keV keV 10 −3 eV millielectronvolt meV meV
10 6 eV megaelektronvolt MeV MeV 10 −6 eV mikroelektronvolt μeV µeV
10 9 eV gigaelectronvolt GeV GeV 10-9 eV nanoelektronvolt neV neV
10 12 eV teraelektronvolt TeV TeV 10-12 eV picoelectronvolt peV peV
10 15 eV petaelectronvolt PeV PeV 10-15 eV femtoelectronvolt feV feV
10 18 eV exaelectronvolt EeV EeV 10 −18 eV attoelectronvolt aeV aeV
10 21 eV zettaelectronvolt ZeV ZeV 10 −21 eV zeptoelektronvolt zeV zeV
10 24 eV iottaelectronvolt IeV Yev 10-24 eV ioktoelektronvolt ueV yeV
     preporučeno za upotrebu      nije preporuceno

Neke vrijednosti energija i masa u elektron voltima

Energija kvantnog elektromagnetnog zračenja frekvencije 1 THz
4.13 meV
Toplinska energija translacijskog kretanja jednog molekula na sobnoj temperaturi
≈0,025 eV
Energija fotona talasne dužine 1240 nm ( blisko infracrveno područje optičkog spektra)
1,0 eV
Energija fotona talasne dužine 500 nm (obrubljuje zelenu i plavu boju u vidljivom spektru)
≈2,5 eV
Energija stvaranja jednog molekula vode od vodika i kisika [9]
3.0 eV
Rydbergova konstanta (gotovo jednaka energiji ionizacije atoma vodika )
13.605 693 122 994 (26) eV [3]
Energija elektrona u zračnoj cijevi televizora
Oko 20 keV
Energije kosmičkih zraka
1 MeV - 1⋅10 21 eV
Tipična energija čestica - proizvodi nuklearne fisije
alfa čestice
2-10 MeV [10]
beta čestice
0-6 MeV [10]
gama kvante
0,01-5 MeV [10]
Mase čestica
Neutrino [11]
Zbir masa sva tri okusa <0,12 eV [12]
Elektron [11]
0,510 998 950 00 (15) MeV [3]
Proton [11]
938.272 088 16 (29) MeV [3]
Higsov bozon
125,09 ± 0,24 GeV [13]
t-kvark (najteža poznata elementarna čestica) [11]
173,315 ± 0,485 ± 1,23 GeV [14]
Plankova masa
1.220 890 (14) ⋅10 19 GeV [3]

Bilješke (uredi)

  1. Propisi o jedinicama količina dozvoljenim za upotrebu u Ruskoj Federaciji. Arhivirana kopija od 2. novembra 2013. godine na Wayback Machine -u odobrena Uredbom Vlade Ruske Federacije od 31. oktobra 2009. br. 879.
  2. Elektronvolta // Velika sovjetska enciklopedija : [u 30 svezaka] / pogl. ed. A.M. Prokhorov - 3. izd. - M .: Sovjetska enciklopedija, 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 Temeljne fizičke konstante - kompletan popis
  4. Naučno -popularni izvještaj u Prezidijumu Ruske akademije nauka L. B. Okunya
  5. 1 2 Electronvolt // Fizička enciklopedija / Pogl. ed. A.M. Prokhorov - M .: Great Russian Encyclopedia , 1998. - T. 5. Stroboskopska sredstva - Svjetlina. - S. 545.- 760 str. -ISBN 5-85270-101-7 .
  6. Rječnik - CMS saradnja, CERN: "Elektronvolt (eV): jedinica energije ili mase koja se koristi u fizici čestica". (Engleski)
  7. Faktori konverzije za energetske ekvivalente
  8. Darrow KK Some Contemporary Advances in Physics (eng.) // Bell System Technical Journal. - Vol. 2 (4). - str. 110. Arhivirano 12. oktobra 2014.
  9. Numerički jednaka standardnoj entalpiji formiranja vode u džulima po molu podijeljenoj s Avogadrovom konstantom i podijeljenoj s modulom naboja elektrona u kulonima
  10. 1 2 3 Katalog spektra gama zraka
  11. 1 2 3 4 Mjerne jedinice udaljenosti, energije i mase
  12. Mertens S. Direktni neutrinski maseni pokusi (engleski) // J. Phys.: Conf. Ser .. - 2016. - Vol. 718 . - P. 022013 . Otvoreni pristup
  13. ATLAS i CMS objavili su zajedničko mjerenje mase Higsovog bozona (nedostupna veza) . Pristupljeno 28. juna 2015. Arhivirano 2. aprila 2015.
  14. Top quark properties: rezultati

Linkovi