Elektroni-voltti

Elektroni-voltti
eV, eV
Arvo energiaa
Järjestelmä järjestelmän ulkopuolella
Tyyppi johdannainen

Sähkövoltti ( elektronvoltti , harvoin elektronvoltti ; venäläinen nimitys eV , kansainvälinen eV ) on järjestelmän ulkopuolinen energiayksikkö , jota käytetään atomi - ja ydinfysiikassa , alkeishiukkasfysiikassa sekä läheisillä ja niihin liittyvillä tieteenaloilla ( biofysiikka , fysikaalinen kemia , astrofysiikka , jne. P.). Venäjän federaatiossa elektronivoltti on hyväksytty käytettäväksi järjestelmän ulkopuolisena yksikkönä ilman aikarajoitusta " fysiikan " [1] puitteissa .

Määritelmä

Yksi elektronivoltti on yhtä suuri kuin energia , joka tarvitaan siirtämään alkuainevaraus sähköstaattisessa kentässä pisteiden välillä, joiden potentiaaliero on 1 V [2] . Koska työ varauksen q siirron aikana on yhtä suuri kuin qU (missä U  on potentiaaliero), ja alkuvaraus on 1,602 176 634⋅10 −19 C (täsmälleen) [3] , niin

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

Perustiedot

Alkuainehiukkasfysiikassa ei yleensä ainoastaan ​​energiaa E ilmaista elektronvoltteina , vaan myös alkuainehiukkasten massaa m [4] [ 5 ] . Syynä tähän on se, että massan ja energian ekvivalenssista johtuen suhde m = E 0 / c 2 täyttyy , missä c  on valon nopeus , E 0 on hiukkasen levossa oleva energia. Koska c  on perusvakio, joka on yhtä suuri kuin 299 792 458 m/s (täsmälleen), joka ei muutu missään olosuhteissa, niin sen lepoenergian osoittaminen elektronvoltteina hiukkasen massan ominaisuutena määrittää yksiselitteisesti massan arvon. perinteisissä yksiköissä ja väärinkäsityksiin ei johda. Massayksiköissä 1 eV = 1,782 661 921...⋅10 −36 kg (täsmälleen) [3] ja päinvastoin 1 kg = 5,609 588 603...⋅10 35 eV (täsmälleen) [3] . Atomimassayksikkö on arvoltaan lähellä 1 GeV (virheellä noin 7 %): 1 a. e.m. _ _ _ e.m [3] . Alkuainehiukkasen liikemäärä voidaan ilmaista myös elektronvoltteina (tarkasti ottaen eV/ c ).

Elektronivoltti on pieni arvo verrattuna useimpiin ydinprosesseihin ominaisiin energioihin; tällä fysiikan alueella käytetään yleensä useita yksiköitä:

Uusimman sukupolven hiukkaskiihdytin mahdollistaa useiden biljoonien elektronivoltien (TeV) saavuttamisen. Yksi TeV on suunnilleen yhtä suuri kuin lentävän hyttysen (kineettinen) energia [6] tai energia, joka vapautuu, kun pieni halkaisijaltaan 1 mm vesipisara (massa noin 0,5 mg ) putoaa 3 cm :n korkeudelta .

Lämpötila , joka on hiukkasten keskimääräisen kineettisen energian mitta, ilmaistaan ​​joskus myös elektronivolteina, perustuen lämpötilan ja hiukkasten energian suhteeseen monatomisessa ideaalikaasussa E kin = 3⁄2 kT [ 5 ] . Lämpötilayksiköissä 1 eV vastaa 11 604 518 12... kelviniä (täsmälleen) [3] (katso Boltzmannin vakio ) [7] .

Elektronivoltit ilmaisevat sähkömagneettisen säteilyn kvanttien ( fotonien ) energiaa. Fotonien, joiden taajuus on ν elektronivolteissa, energia on numeerisesti yhtä suuri kuin h ν/ E eV , ja säteily, jonka aallonpituus λ  on hc /(λ E eV ) , missä h  on Planckin vakio ja E eV  on yhtä suuri energia yhteen elektronivolttiin, joka ilmaistaan ​​saman yksikköjärjestelmän yksiköinä, jota käytetään ilmaisemaan h , ν ja λ . Koska ultrarelativistisille hiukkasille, mukaan lukien fotonit, λ E \u003d hc , niin tunnetun aallonpituuden omaavien fotonien energiaa (ja päinvastoin) laskettaessa on usein hyödyllinen muuntokerroin, joka on Planckin vakion ja nopeuden tulo. valo ilmaistuna eV nm :nä:

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

Siten fotonin, jonka aallonpituus on 1 nm, energia on 1240 eV; fotonilla, jonka energia on 10 eV, on aallonpituus 124 nm ja niin edelleen.

Ulkoisen valosähköilmiön työfunktio mitataan myös elektronivolteissa  - minimienergiassa, joka tarvitaan elektronin poistamiseen aineesta valon vaikutuksesta .

Kemiassa käytetään usein elektronivoltin molaarista ekvivalenttia. Jos yksi mooli elektroneja tai kertavarautuneita ioneja siirretään pisteiden välillä, joiden potentiaaliero on 1 V , se saa (tai menettää) energiaa Q = 96 485.332 12... J (täsmälleen) [3] , joka on 1 :n tulo. eV ja Avogadron numero . Tämä jouleina ilmaistu arvo on numeerisesti yhtä suuri kuin Faradayn vakio ( 1 moolin elektronivarausmoduuli), joka ilmaistaan ​​riippuvuuksina. Vastaavasti, jos kemiallisen reaktion aikana yhdessä moolissa ainetta vapautuu (tai absorboituu) energiaa 96,485 kJ , niin jokainen molekyyli menettää (tai kasvaa) vastaavasti noin 1 eV .

Alkuainehiukkasten ja muiden kvanttimekaanisten tilojen, kuten ydinenergiatasojen, vaimenemisleveys Γ mitataan myös elektronvoltteina . Vaimenemisleveys on tilan energian epävarmuus suhteessa tilan elinikään τ epävarmuussuhteella : Γ = ħ / τ ). Hiukkasen, jonka vaimenemisleveys on 1 eV , elinikä on 6,582 119 569...⋅10 −16 s (täsmälleen) [3] . Vastaavasti kvanttimekaanisen tilan, jonka elinikä on 1 s , leveys on 6,582 119 569...⋅10 −16 eV (täsmälleen) [3] .

Yksi ensimmäisistä, jotka käyttivät termiä "elektronivoltti", oli amerikkalainen fyysikko ja insinööri Karl Darrow vuonna 1923 [8] .

Kertoja ja osakertoja

Ydin- ja korkean energian fysiikassa käytetään yleisesti useita yksiköitä: kiloelektronivoltit (keV, keV, 10 3 eV), megaelektronivoltit (MeV, MeV, 10 6 eV), gigaelektronivoltit (GeV, GeV, 10 9 eV) ja teronivoltit . TeV, TeV , 10 12 eV). Kosmisen säteen fysiikassa käytetään lisäksi petaelektronivoltteja (PeV, PeV, 10 15 eV) ja eksa-elektronivoltteja (EeV, EeV, 10 18 eV). Kiinteiden aineiden vyöhyketeoriassa , puolijohdefysiikassa ja neutrinofysiikassa  - osayksiköt: millielektronivoltit (meV, meV, 10 −3 eV).

Useita Dolnye
suuruus otsikko nimitys suuruus otsikko nimitys
10 1 eV dekaelektronivoltti DaeV DaeV 10 −1 eV desielektronivoltti deV deV
10 2 eV hektoelektronivoltti geV heV 10-2 eV _ senttielektronivolttia sev ceV
103 eV _ keV keV keV 10-3 eV _ millielektronivoltti meV meV
106 eV _ megaelektronivoltti MeV MeV 10-6 eV _ mikroelektronivoltti µeV µeV
10 9 eV gigaelektronivoltti GeV GeV 10–9 eV _ nanoelektronivoltti NEV NEV
10 12 eV teraelektronivoltti TeV TeV 10 -12 eV pikoelektronivoltti peV peV
10 15 eV petaelektronivoltti PeV PeV 10 -15 eV femtoelektronivoltti fev feV
10 18 eV eksaelektronivoltti EeV EEV 10 -18 eV attoelektronivoltti aeV aeV
10 21 eV zettaelektronivoltti ZeV ZeV 10 -21 eV zeptoelektronivoltti zeV zeV
10 24 eV yottaelektronivoltti IeV YeV 10 −24 eV ioktoelektronivoltti IeV yeV
     suositellaan käytettäväksi      sovellusta ei suositella

Jotkut energioiden ja massojen arvot elektronvoltteina

Sähkömagneettisen säteilyn kvantin energia , jonka taajuus on 1 THz 4,13 meV
Yhden molekyylin translaatioliikkeen lämpöenergia huoneenlämpötilassa ≈0,025 eV
Fotonienergia , jonka aallonpituus on 1240 nm (optisen spektrin lähellä infrapuna -aluetta) 1,0 eV
Fotonin energia , jonka aallonpituus on 500 nm (vihreän ja sinisen värin raja näkyvässä spektrissä) ≈2,5 eV
Yhden vesimolekyylin muodostumisenergia vedystä ja hapesta [9] 3,0 eV
Rydbergin vakio (melkein yhtä suuri kuin vetyatomin ionisaatioenergia ) 13 605 693 122 994(26) eV [3]
Television sädeputkessa olevan elektronin energia Noin 20 keV
kosmisten säteiden energiat 1 MeV — 1⋅10 21 eV
Hiukkasten tyypillinen energia - ydinhajoamisen tuotteet
alfa-hiukkasia 2–10 MeV [10]
beeta-hiukkasia 0–6 MeV [10]
gamma-kvantti 0,01–5 MeV [10]
Hiukkasten massat
Neutriino [11] Kaikkien kolmen maun massojen summa < 0,12 eV [12]
Elektroni [11] 0,510 998 950 00(15) MeV [3]
Protoni [11] 938 272 088 16(29) MeV [3]
Higgsin bosoni 125,09 ± 0,24 GeV [13]
t-kvarkki (raskain tunnettu alkuainehiukkanen) [11] 173,315 ± 0,485 ± 1,23 GeV [14]
Planck-massa
1,220 890(14)⋅10 19 GeV [3]

Muistiinpanot

  1. ↑ Määräykset Venäjän federaatiossa käytettäväksi sallituista määräyksiköistä. Arkistokopio 2. marraskuuta 2013 Wayback Machinessa Hyväksytty Venäjän federaation hallituksen asetuksella 31. lokakuuta 2009 nro 879.
  2. ↑ Elektronivoltti // Suuri Neuvostoliiton Encyclopedia  : [30 nidettä]  / ch. toim. A. M. Prokhorov . - 3. painos - M .  : Neuvostoliiton tietosanakirja, 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 Fyysiset perusvakiot – täydellinen luettelo
  4. ↑ L. B. Okunin populaaritieteellinen raportti Venäjän tiedeakatemian puheenjohtajistossa
  5. ↑ 1 2 elektronivoltti // Physical Encyclopedia / Ch. toim. A. M. Prokhorov . - M . : Great Russian Encyclopedia , 1998. - T. 5. Stroboskooppiset laitteet - Kirkkaus. - S. 545. - 760 s. — ISBN 5-85270-101-7 .
  6. ↑ Sanasto  - CMS Collaboration, CERN: "Elektronivoltti (eV): Hiukkasfysiikassa käytetty energian tai massan yksikkö". (Englanti)
  7. ↑ Energiaekvivalenttien muuntokertoimet
  8. ↑ Darrow KK Joitakin fysiikan edistysaskeleita  //  Bell System Technical Journal. — Voi. 2(4). - S. 110. Arkistoitu 12. lokakuuta 2014.
  9. ↑ Numeerisesti yhtä suuri kuin veden muodostumisen standardientalpia jouleina per mooli jaettuna Avogadro-vakiolla ja jaettuna elektronin varausmoduulilla kuloneina
  10. ↑ 1 2 3 Gamma-ray Spectrum Catalog
  11. ↑ 1 2 3 4 Etäisyyksien, energioiden ja massojen mittayksiköt
  12. ↑ Mertens S. Suorat neutriinomassakokeet  //  J. Phys.: Conf. Ser.. - 2016. - Vol. 718 . — P. 022013 . Avoin pääsy
  13. ↑ ATLAS:n ja CMS:n yhteismittaukset Higgsin bosonin massasta (linkki ei saatavilla) . Haettu 28. kesäkuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 2. huhtikuuta 2015. 
  14. ↑ Huippukvarkin ominaisuudet: tulokset

Linkit

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat