Elektronvolt

Izvor: Wikipedija
(Preusmjereno s Elektron volt)
Skoči na: orijentacija, traži

Elektronvolt (eV) mjerna je jedinica za energiju, korištena u atomskoj i molekularnoj fizici. Definirana je kao kinetička energija koju primi elektron ubrzan električnim poljem kroz potencijalnu razliku od 1 V (volt) u vakuumu. Prema tome, 1 V (1 džul / kulon) pomnožen s elementarnim nabojem (1 e ili 1,60217653(14)×10-19 C) daje 1 eV, koji je jednak 1,60217653(14)×10-19 J.[1] Povijesno, elektronvolt smišljen je kao jedinica mjere zbog svoje korisnosti u radu s akceleratorom čestica jer elementarna čestica s nabojem q nakon prolaska kroz razliku potencijala V ima energiju E = q x V pa ako se elementarni naboj prikazuje s e, a potencijal s V onda se energija izražava s eV.

1 eV = 1.602·10-19 J (džula). Elektronvolti prikladni su za mjerenje energije čestica i elektromagnetskog zračenja. Energija se X-zraka izražava u elektronvoltima.

Kao i kod ostalih mjernih jedinica, rabe se izvedene jedinice s predmetcima (prefiksi) mjernih jedinica:

  • 1 keV = 1.000 eV
  • 1 MeV = 1.000.000 eV
  • 1 GeV = 1.000.000.000 eV
  • 1 TeV = 1.000.000.000.000 eV

Elektronvolt nije osnovna mjerna jedinica u međunarodnom sustavu mjernih jedinica i njena se vrijednost mora dobiti pokusima. Ona se dosta koristi u fizici, pogotovo u atomskoj fizici, nuklearnoj fizici i fizici elementarnih čestica.

U kemiji se kinetička energija obično izražava u jednom molu elektrona (6,02214179(30) × 1023) koji prolazi kroz potencijal od 1 volt. To je jednako 96,48534(2) kJ/mol. Energija ionizacije također se izražava u elektronvoltima.

Kao jedinica energije[uredi VE | uredi]

  • 1 eV = 1,602176487(40)×10-19 J
  • 1 eV (po atomu) = 96,485 kJ/mol [2]

Za usporedbu:

  • ~624 EeV (6,24 x 1020 eV): energija potrebna za jednu 100 W električnu žarulju u jednoj sekundi (100 W = 100 J/s = 6,24 x 1020 eV/s)
  • 300 EeV (3 x 1022 eV) : kozmičke zrake s najvećom energijom ikad snimljene [3]
  • 14 TeV (14 x 1012 eV) : energija koju će imati par protona u sudarima na velikom hadronskom sudarivaču
  • 1 TeV (1 x 1012 eV = 1,602×10−7 J) otprilike kinetička energija jednog letećeg komarca [4]
  • 210 MeV (2,1 x 108 eV): prosječna energija oslobođena nuklearnom fisijom jednog atoma plutonija Pu-239.
  • 200 MeV (2,1 x 108 eV): ukupna prosječna energija oslobođena nuklearnom fisijom jednog atoma uranija U-235.
  • 17,6 MeV (1,76 x 107 eV): ukupna prosječna energija oslobođena nuklearnom fuzijom deuterija i tricija kod dobivanja helija He-4.
  • 13,6 eV: energija potrebna za ionizaciju atoma vodika. Molekularne kovalentne veze imaju energiju veze reda veličine 1 eV po molekuli.
  • 1,6 do 3,4 eV: energija jednog fotona vidljive svjetlosti
  • 0,0375 eV: prosječna kinetička energija jedne molekule zraka na sobnoj temperaturi

Kao jedinica količine gibanja[uredi VE | uredi]

U fizici se elementarnih čestica elektronvolt često koristi kao jedinica da se izrazi količina gibanja p. Razlika potencijala od 1 volt uzrokuje da elektron dobije količinu energije od jednog elektronvolta. U fizici elementarnih čestica jedna od osnovnih jedinica brzine brzina je svjetlosti u vakuumu, tako da dijeljenjem energije u eV-ima s brzinom svjetlosti u vakuumu c, količina se gibanja može opisati s eV/c. [5] [6]

Na primjer, ako je količina gibanja p elektrona recimo 1 GeV tada vrijedi:

Kao jedinica mase[uredi VE | uredi]

Prema ekvivalenciji mase i energije, elektrovolt može se izraziti i kao jedinica mase. U fizici elementarnih čestica, gdje se masa i energija mogu često izjednačiti, uobičajeno je koristiti eV/c2, gdje je c brzina svjetlosti u vakuumu.

Na primjer, reakcija elektrona i pozitrona: pozitron s masom 0,511 MeV/c2 može anihilirati (proces pri kojem se čestica sudara sa svojom antičesticom) da bi se dobilo 1.022 MeV energije. Budući da proton ima masu od 0,938 GeV/c2, gigaelektronvolt veoma često korištena jedinica za masu elementarnih čestica.

1 GeV/c2 = 1,783·10−27 kg

Atomska jedinica mase podijeljena s Avogadrovim brojem skoro je jednaka masi atoma vodika koja je, pak, skoro jednaka masi jednog protona.

1 atomska jedinica mase - Da = 931,46 MeV/c2 = 0.93146 GeV/c2
1 MeV/c2 = 1,074·10−3 Da (Dalton)

Kao jedinica temperature[uredi VE | uredi]

EV to nm vis.png

U nekim područjima, kao što je fizika plazme, elektronvolt uobičajeno se upotrebljava kao jedinica temperatura. Da bismo pretvorili ga u kelvine (K) koristi se Boltzmannova konstanta:

Na primjer, tipična energija magnetskog samoodržanja fuzije plazme iznosi 15 keV ili 170 MK (170 000 000 K).

Svojstva fotona[uredi VE | uredi]

Energija fotona u spektru vidljive svijetlosti

Za energija E, frekvenciju ν i valnu duljinu λ fotona vrijedi:

gdje je h Planckova konstanta, a c brzina svjetlosti u vakuumu. Za brzi proračun može poslužiti formula:

Na primjer, foton valne duljine 532 nm (zeleno svjetlo) ima energiju koja otprilike iznosi 2,33 eV. Ili, 1 eV odgovara infracrvenom fotonu valne dužine 1240 nm.

Izvori[uredi VE | uredi]

  1. SI brochure, Sec. 4.1 Table 7
  2. Atkins physical chemistry 9th edition
  3. Open Questions in Physics. German Electron-Synchrotron. A Research Centre of the Helmholtz Association. Updated March 2006 by JCB. Original by John Baez.
  4. CERN - Glossary
  5. Units in particle physics. Associate Teacher Institute Toolkit. Fermilab (22 March 2002). pristupljeno 13 February 2011
  6. Special Relativity. Virtual Visitor Center. SLAC (15 June 2009). pristupljeno 13 February 2011