Electron-volt

Electron-volt
eV, eV
Valoare energie
Sistem în afara sistemului
Tip de derivat

Electrovolt ( electronvolt , rar electronvolt ; denumire rusă: eV, internațional: eV) este o unitate de energie în afara sistemului utilizată în fizica atomică și nucleară , în fizica particulelor elementare și în domenii apropiate și conexe ale științei ( biofizică , chimie fizică , astrofizică , etc.. P.). În Federația Rusă , electronvoltul este aprobat pentru utilizare ca unitate în afara sistemului fără limită de timp, în scopul „ fizicii ” [1] .

Definiție

Un electron volt este egal cu energia necesară pentru a transfera o sarcină elementară într-un câmp electrostatic între puncte cu o diferență de potențial de 1 V [2] . Deoarece lucrul în timpul transferului de sarcină q este egal cu qU (unde U  este diferența de potențial), iar sarcina elementară este 1,602 176 634⋅10 −19 C (exact) [3] , atunci

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

Informații de bază

În fizica particulelor elementare , nu numai energia E este de obicei exprimată în electronvolți , ci și masa m a particulelor elementare [4] [5] . Motivul pentru aceasta este faptul că, datorită echivalenței masei și energiei , este îndeplinită relația m = E 0 / c 2 , unde c  este viteza luminii , E 0 este energia unei particule în repaus. Deoarece c  este o constantă fundamentală egală cu 299 792 458 m / s (exact), care nu se modifică în nicio condiție, atunci indicarea energiei sale de repaus exprimată în electronvolți ca caracteristică a masei unei particule determină fără ambiguitate valoarea masei în orice unități tradiționale și la neînțelegeri nu duce. În unități de masă, 1 eV = 1,782 661 921...⋅10 −36 kg (exact) [3] , și invers, 1 kg = 5,609 588 603...⋅10 35 eV (exact) [3] . Unitatea de masă atomică este apropiată ca valoare de 1 GeV (cu o eroare de aproximativ 7%): 1 a. e.m. _ _ _ e.m. [3] . Momentul unei particule elementare poate fi exprimat și în electronvolți (strict vorbind, în eV/ c ).

Un electron volt este o valoare mică în comparație cu energiile caracteristice majorității proceselor nucleare; unități multiple sunt de obicei utilizate în acest domeniu al fizicii:

Cea mai recentă generație de acceleratoare de particule permite atingerea câtorva trilioane de electroni volți (tera electron volți, TeV). Un TeV este aproximativ egal cu energia (cinetică) a unui țânțar zburător [6] sau cu energia eliberată atunci când o picătură mică de apă cu diametrul de 1 mm (masă aproximativ 0,5 mg ) cade de la o înălțime de 3 cm .

Temperatura , care este o măsură a energiei cinetice medii a particulelor, este uneori exprimată în electroni volți, pe baza raportului dintre temperatură și energia particulelor dintr-un gaz ideal monoatomic E kin = 3 ⁄ 2 kT [5] . În unități de temperatură, 1 eV corespunde cu 11.604,518 12... kelvin (exact) [3] (vezi constanta lui Boltzmann ) [7] .

Electronvolții exprimă energia cuantelor radiației electromagnetice ( fotoni ). Energia fotonilor cu o frecvență ν în electroni volți este numeric egală cu h ν/ E eV , iar radiația cu o lungime de undă λ  este hc /(λ E eV ) , unde h  este constanta lui Planck și E eV  este energia egală la un electron volt, exprimat în unități ale aceluiași sistem de unități așa cum este folosit pentru a exprima h , ν și λ . Deoarece pentru particulele ultrarelativiste, inclusiv fotonii, λ E \u003d hc , atunci când se calculează energia fotonilor cu o lungime de undă cunoscută (și invers), este adesea util un factor de conversie, care este produsul constantei Planck și viteza de lumina exprimata in eV nm :

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

Astfel, un foton cu o lungime de undă de 1 nm are o energie de 1240 eV; un foton cu o energie de 10 eV are o lungime de undă de 124 nm și așa mai departe.

Funcția de lucru a efectului fotoelectric extern este măsurată și în electron volți  - energia minimă necesară pentru a îndepărta un electron dintr-o substanță sub influența luminii .

În chimie , echivalentul molar al unui electron volt este adesea folosit. Dacă un mol de electroni sau ioni încărcați individual este transferat între puncte cu o diferență de potențial de 1 V , acesta câștigă (sau pierde) energie Q = 96 485,332 12... J (exact) [3] , egal cu produsul lui 1 eV și numărul lui Avogadro . Această valoare, exprimată în jouli, este numeric egală cu constanta Faraday (modul de sarcină de 1 mol de electroni), exprimată în pandantive. În mod similar, dacă în timpul unei reacții chimice într-un mol dintr-o substanță este eliberată (sau absorbită) o energie de 96,485 kJ , atunci, în consecință, fiecare moleculă pierde (sau câștigă) aproximativ 1 eV .

Lățimea de dezintegrare Γ a particulelor elementare și a altor stări mecanice cuantice, cum ar fi nivelurile de energie nucleară, este, de asemenea, măsurată în electronvolți . Lățimea de dezintegrare este incertitudinea energiei stării raportată la durata de viață a stării τ prin relația de incertitudine : Γ = ħ / τ ). O particulă cu o lățime de dezintegrare de 1 eV are o durată de viață de 6,582 119 569...⋅10 −16 s (exact) [3] . În mod similar, o stare mecanică cuantică cu o durată de viață de 1 s are o lățime de 6,582 119 569...⋅10 −16 eV (exact) [3] .

Unul dintre primii care a folosit termenul „electronvolt” a fost fizicianul și inginerul american Karl Darrow în 1923 [8] .

Multiplii și submultiplii

În fizica nucleară și de înaltă energie , sunt utilizate în mod obișnuit mai multe unități: kiloelectronvolti (keV, keV, 10 3 eV), megaelectronvolți (MeV, MeV, 10 6 eV), gigaelectronvolți (GeV, GeV, 10 9 eV) și tera electron volți ( TeV, TeV, 10 12 eV). În fizica razelor cosmice , în plus, se folosesc peta-electronvolti (PeV, PeV, 10 15 eV) și exa-electronvolți (EeV, EeV, 10 18 eV). În teoria benzilor solide, fizica semiconductorilor și fizica neutrinilor  - unități submultiple: milielectronvolti (meV, meV, 10 −3 eV).

Multiplii Dolnye
magnitudinea titlu desemnare magnitudinea titlu desemnare
10 1 eV decaelectronvolt DaeV DaeV 10 −1 eV decielectronvolt deV deV
10 2 eV hectoelectronvolt geV heV 10 −2 eV centielectronvolt sev ceV
10 3 eV keV keV keV 10 −3 eV milielectronvolt meV meV
10 6 eV megaelectronvolt MeV MeV 10 -6 eV microelectronvolt µeV µeV
10 9 eV gigaelectronvolt GeV GeV 10 −9 eV nanoelectronvolt neV neV
10 12 eV teraelectronvolt 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 zeptoelectronvolt zeV zeV
10 24 eV yottaelectronvolt IeV YeV 10 −24 eV ioctoelectronvolt IeV yeV
     recomandat pentru utilizare      aplicarea nu este recomandată

Câteva valori ale energiilor și maselor în electronvolți

Energia unui cuantum de radiație electromagnetică cu o frecvență de 1 THz 4,13 meV
Energia termică a mișcării de translație a unei molecule la temperatura camerei ≈0,025 eV
Energia fotonului cu o lungime de undă de 1240 nm ( regiunea infraroșu apropiat a spectrului optic) 1,0 eV
Energia unui foton cu o lungime de undă de 500 nm (granița de culori verde și albastru în spectrul vizibil) ≈2,5 eV
Energia de formare a unei molecule de apă din hidrogen și oxigen [9] 3,0 eV
Constanta Rydberg (aproape egală cu energia de ionizare a unui atom de hidrogen ) 13.605 693 122 994(26) eV [3]
Energia unui electron într-un tub cu raze al unui televizor Aproximativ 20 keV
energiile razelor cosmice 1 MeV — 1⋅10 21 eV
Energia tipică a particulelor - produse ale dezintegrarii nucleare
particule alfa 2–10 MeV [10]
particule beta 0–6 MeV [10]
cuante gamma 0,01–5 MeV [10]
Masele particulelor
Neutrino [11] Suma maselor tuturor celor trei arome < 0,12 eV [12]
Electron [11] 0,510 998 950 00(15) MeV [3]
Proton [11] 938.272 088 16(29) MeV [3]
bosonul Higgs 125,09 ± 0,24 GeV [13]
t-quark (cea mai grea particulă elementară cunoscută) [11] 173,315 ± 0,485 ± 1,23 GeV [14]
masa Planck
1.220 890(14)⋅10 19 GeV [3]

Note

  1. ↑ Reglementări privind unitățile de cantități permise pentru utilizare în Federația Rusă. Copie de arhivă din 2 noiembrie 2013 pe Wayback Machine , aprobată prin Decretul Guvernului Federației Ruse din 31 octombrie 2009 nr. 879.
  2. ↑ Electronvolt // Marea Enciclopedie Sovietică  : [în 30 de volume]  / cap. ed. A. M. Prohorov . - Ed. a 3-a. - M .  : Enciclopedia Sovietică, 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 Constante fizice fundamentale — Lista completă
  4. ↑ Raport științific popular la Prezidiul Academiei Ruse de Științe de L. B. Okun
  5. ↑ 1 2 Electronvolt // Enciclopedia fizică / Cap. ed. A. M. Prohorov . - M . : Marea Enciclopedie Rusă , 1998. - T. 5. Dispozitive stroboscopice - Luminozitate. - S. 545. - 760 p. — ISBN 5-85270-101-7 .
  6. ↑ Glosar  - CMS Collaboration, CERN: „Electronvolt (eV): O unitate de energie sau masă utilizată în fizica particulelor”. (Engleză)
  7. ↑ Factori de conversie pentru echivalenți de energie
  8. ↑ Darrow KK Some Contemporary Advances in Physics  //  Bell System Technical Journal. — Vol. 2(4). - P. 110. Arhivat 12 octombrie 2014.
  9. ↑ Egal numeric cu entalpia standard de formare a apei în jouli pe mol împărțit la constanta Avogadro și împărțit la modulul sarcinii electronilor în coulombi
  10. ↑ 1 2 3 Catalog Gamma-Ray Spectrum
  11. ↑ 1 2 3 4 Unități de măsură ale distanțelor, energiilor și maselor
  12. ↑ Mertens S. Direct Neutrino Mass Experiments  //  J. Phys.: Conf. Ser.. - 2016. - Vol. 718 . — P. 022013 . Открытый доступ
  13. ↑ ATLAS și CMS lansează măsurarea comună a masei bosonului Higgs (link nu este disponibil) . Consultat la 28 iunie 2015. Arhivat din original la 2 aprilie 2015. 
  14. ↑ Proprietățile quarcului de top: rezultate

Link -uri

  Перейти к элементу Викиданных  Dicționare și enciclopedii