Elektron volt

Fysisk enhet
Enhetsnavn	Elektron volt
Enhetssymbol	${\ displaystyle \ mathrm {eV}}$
Fysisk mengde (r)	energi
Formel symbol	${\ displaystyle E}$
dimensjon	${\ displaystyle {\ mathsf {M \; L ^ {2} \; T ^ {- 2}}}}$
system	Godkjent for bruk med SI
I SI-enheter	${\ displaystyle \ mathrm {1 \; eV = 1 {,} 602 \, 176 \, 634 \ cdot 10 ^ {- 19} \; J}}$ (nøyaktig)
Oppkalt etter	Elektron , Alessandro Volta
Avledet fra	Volt , grunnladning

Den elektronvolt , offisielt elektronvolt , er en enhet av energi som blir ofte brukt i atom- , kjerne og partikkel fysikk . Den består av elementærladningen  e og spenningen i volt  (V). Din enhet symbol er derfor eV.

Hvis en enkelt ladet partikkel som et elektron eller en proton akselereres i et vakuum i et elektrisk felt , endres kinetisk energi med nøyaktig en elektronvolt når akselerasjonsspenningen er 1 volt. Uttrykt i SI- enheten Joule , er verdien nøyaktig:

${\ displaystyle \ mathrm {1 \; eV = 1 {,} 602 \, 176 \, 634 \ cdot 10 ^ {- 19} \; J}}$

Verdien er nøyaktig fordi for definisjonen av SI-enhetene (inkludert volt) har elementærladningen en fast verdi på 1.602 176 634e^-19 C ble tildelt. Elektronvolten tilhører, i likhet med joule, ikke detinternasjonale enhetssystemet, men er godkjent for bruk med den og er enlovlig måleenheti EU og Sveits.

betegnelse

I den tyskspråklige spesialistlitteraturen blir enheten overveiende referert til som "elektron volt" , dvs. med morfemet "en" mellom "elektron" og "volt".

På den annen side spesifiserer vedlegg 1 nr. 10 (til avsnitt 1) i enhetsforordningen det spesielle navnet “elektronvolt” for den lovpålagte enheten. Siden 3. oktober 2009 har avsnitt 1 (2) i enhetsforordningen henvist til definisjonene som er oppført i kapittel I i vedlegget til direktiv 80/181 / EØF av 20. desember 1979 i sin nåværende versjon.

De DIN standard  1301-1 "Units - enhetsnavn, enhets symboler" fra oktober 2010 anbefaler skjemaet "elektronvolt". I databehandlingssystemer med et begrenset antall tegn kan enhetsnavn og prefikser i henhold til DIN 66030, mai 2002-utgave, vises ( del 2 i enhetsforordningen ). Dette bruker begrepet "elektron volt".

bruk

Som en enhet for energi

Elektronvolten brukes som en "hendig" energienhet i atomfysikk og relaterte felt som eksperimentell kjernefysisk og elementær partikkelfysikk . For eksempel er den kinetiske energien som en partikkel bringes til i en partikkelakselerator alltid gitt i elektronvolt. Handy, som derfor, fordi endringen av den kinetiske energi av hver i det elektriske felt akselerert partikkel fra dens belastning og den gjennomløpes spenning som kan beregnes og er uavhengig av andre faktorer: den masse av partikkel, lengden av banen eller den nøyaktige romlige profilen til feltstyrken spiller ingen rolle. ${\ displaystyle \ Delta E _ {\ text {kin}}}$${\ displaystyle Q}$${\ displaystyle U}$${\ displaystyle \ Delta E _ {\ text {kin}} = UQ}$

Mengden av ladning av en gratis, observerbar partikkel er alltid den grunnleggende ladningen eller et integrert multiplum derav. I stedet for å bruke elementærladningen og spesifisere energien i joule , kan endringen i kinetisk energi som følge av en elektrisk akselerasjon spesifiseres direkte i enheten eV. For enkeltladede partikler - som elektroner, protoner og enkeltladede ioner - gjelder formelen ; for- ladede partikler gjelder tilsvarende . For eksempel endres den kinetiske energien til en proton med 100 eV når den flyr gjennom en potensiell forskjell på 100 V, endres energien til en dobbelt ladet heliumkjerne med 200 eV. ${\ displaystyle e}$${\ displaystyle \ Delta E _ {\ text {kin}} = e \, U}$${\ displaystyle Z}$${\ displaystyle \ Delta E _ {\ text {kin}} = Ze \, U}$

Den kinetiske energien til en positivt ladet partikkel reduseres med den mengde som er angitt for når den gjennomløpes spenningen er polarisert slik at det elektriske potensial på banen for partikkelen fra å ta (i dagligtale kalles "mens partiklene fra pluss til minus trekk"); i motsatt tilfelle avtar det. For negativt ladede partikler gjelder det samme med motsatt tegn (se f.eks. Motsatt feltmetode for fotoelektriske effekter ).

Bruk av enhetens elektronvolt er ikke begrenset til akselerasjonsarbeid på ladede partikler i et elektrisk felt. Siden den er av en størrelsesorden som er gunstig for atom- og kjernefysikk, brukes den ofte til helt forskjellige energier i mikroskopisk skala, for eksempel for bindingsenergier i atomskallet eller i atomkjernen eller for individets energi fotoner .

Som en enhet for masse i partikkelfysikk

Elektronvolten kan også brukes som masseenhet for partikler. Konvertering av masse til energi gjøres i henhold til ekvivalensen mellom masse og energi . Denne energien kalles hvileenergi .

${\ displaystyle E = mc ^ {2} \ quad \ Leftrightarrow \ quad m = {\ dfrac {E} {c ^ {2}}}}$,

der

• ${\ displaystyle E}$ for energien
• ${\ displaystyle m}$ for publikum og
• ${\ displaystyle c}$står for lysets hastighet .

Så den tilsvarende masseenheten er . Omregningen i kilo er: ${\ displaystyle \ mathrm {eV} / c ^ {2}}$

${\ displaystyle 1 \, \ mathrm {eV} / c ^ {2} \ approx 1 {,} 783 \ cdot 10 ^ {- 36} \, \ mathrm {kg}}$.

For eksempel er massen til et elektron 9.11 · 10 ⁻³¹  kg = 511 keV / c².

Et system av "naturlige" enheter brukes ofte i partikkelfysikk . Det er satt. Dermed har massen til en partikkel samme enhet som sin kinetiske energi. Begge blir da vanligvis gitt i elektronvolt. ${\ displaystyle c = 1}$

Desimalmultipler

Vanlige desimalmultipler av elektronvolten er:

• meV (milli-elektron volt; 10 ⁻³  eV). Eksempel: en fri partikkel har en termisk energi på ca. 25 meV ved romtemperatur
• keV (kiloelektron volt; 10 ³  eV). For eksempel har en foton av røntgenstråler omtrent 1-250 keV
• MeV (megaelectron volt, 10 ⁶  eV). Eksempel: Restenergien til et elektron er omtrent 0,511 MeV
• GeV (gigaelectron volt, 10 ⁹  eV). Eksempel: Restenergien til en proton er omtrent 0,94 GeV
• TeV (teraelektron volt; 10 ¹²  eV). Eksempel: Protoner i Large Hadron Collider  (LHC) ved CERN har en maksimal kinetisk energi på 6,5 TeV
• PeV (petaelektron volt; 10 ¹⁵ eV). For eksempel oppdaget IceCube i nøytrinoobservatoriet med høy energi nøytrinoer , z. B. 2,5 PeV.

Flere eksempler og kommentarer

• Et typisk molekyl i jordens atmosfære har en termisk energi på omtrent 0,03 eV eller 30 meV.
• Et fotonrødt lys med bølgelengde 620  nm har en energi på 2 eV.
• Mens splitting av uran - kjernen utgitt fisjonsfragmentene har en kinetisk energi på ca 167 MeV sammen.

Den kinetiske energien til raskt bevegende tyngre atomkjerner ( tunge ioner ) blir ofte gitt per nukleon . Enheten skrives deretter AGeV, hvor A står for massenummeret . Hver kjerne med 1 AGeV har samme hastighet. På samme måte er det ATeV og AMeV, avhengig av energiskalaen.

I  LHC , protoner med en energi på 6,5 TeV og bly er kjerner med 574 TeV bringes til kollisjon. Energien til en enkelt kjerne med ca. 1 µJ (for en proton) eller 90 µJ (for bly) er fortsatt veldig lav. Imidlertid, hvis man tar hensyn til det store antallet partikler (1,15 · 10 ¹¹ protoner per partikkelpakning , i ringen til LHC er det opptil 2808 partikkelpakker per retning), er den totale energien til protonene i ringen 720 MJ, som omtrent tilsvarer kinetisk energi til et stort fly som tar av og tar av.

Konvertering til joule per mol

I kjemi er energien per partikkel ofte ikke gitt, men per mol (med enheten J / mol), som oppnås ved å multiplisere energien til den enkelte partikkel med Avogadro-konstanten , for eksempel: ${\ displaystyle N _ {\ mathrm {A}}}$

${\ displaystyle 1 \; \ mathrm {eV} \ cdot N _ {\ mathrm {A}} = 96 \, 485 \; {\ frac {\ mathrm {J}} {\ mathrm {mol}}} = F \ cdot 1 \; \ mathrm {V}}$,

hvor er Faradays konstant . ${\ displaystyle F = e \ cdot N _ {\ mathrm {A}}}$

Individuelle bevis

1. ↑ ^{a b} Le Système international d'unités . 9e édition, 2019 (den såkalte "SI brosjyren", fransk og engelsk).
2. ↑ basert på EU-direktiv 80/181 / EØF i EU-landene og kunst. 17 av Unit forordningen i Sveits
3. ↑ "Elektronvolten er energien som et elektron får når den passerer gjennom en potensialforskjell på 1 volt i vakuum."
4. ↑ DIN 1301 enheter. Del 1: Enhetsnavn, enhetssymboler. Oktober 2010, s.8.
5. ↑ DIN 66030 informasjonsteknologi - Representasjon av enhetsnavn i systemer med et begrenset antall tegn. Mai 2002, s. 5, tabell 1.
6. ↑ Hendelsesvisning av nøytrino med høy energi oppdaget av IceCube - CERN Courier. Hentet 2. januar 2019 . 
7. ↑ LHC Design Report ( Memento av den opprinnelige fra 08.09.2009 i Internet Archive ) Omtale: The arkivet koblingen ble satt inn automatisk og har ennå ikke blitt sjekket. Kontroller originalen og arkivlenken i henhold til instruksjonene, og fjern deretter denne meldingen. @1@ 2Mal: Webachiv / IABot / ab-div.web.cern.ch