Elektronvolt

Izvor: Wikipedija
Prijeđi na navigaciju Prijeđi na pretraživanje

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 | uredi kôd]

  • 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 | uredi kôd]

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 | uredi kôd]

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 | uredi kôd]

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 | uredi kôd]

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 | uredi kôd]

  1. SI brochureInačica izvorne stranice arhivirana 16. srpnja 2012., 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. Inačica izvorne stranice arhivirana 17. veljače 2009. Pristupljeno 5. ožujka 2011. journal zahtijeva |journal= (pomoć)
  5. Units in particle physics. Associate Teacher Institute Toolkit. Fermilab. 22. ožujka 2002. Pristupljeno 13. veljače 2011.
  6. Special Relativity. Virtual Visitor Center. SLAC. 15. lipnja 2009. Pristupljeno 13. veljače 2011.