الإلكترون فولت
وحدة خارج النظام الدولي، مسموح باستعمالها · الكمية: الطاقة
01 · التعريف
وُلد الإلكترون فولت في مختبرات المسرّعات: أن تحسب طاقة الجسيمات بالجول أمر غير مريح كأن تقيس المسافة بين المدن بالميكرونات.
الإلكترون فولت الواحد هو الطاقة التي يكتسبها إلكترون بعد اجتياز فرق جهد قدره فولت واحد. والتعريف يتحوّل رأسًا إلى عدد: شحنة الإلكترون مضروبة في الفولت تعطي 1.602 176 634·10⁻¹⁹ جول — وهي قيمة مضبوطة منذ 2019، لأن الشحنة الأولية مثبَّتة بتعريف الأمبير. تغطي الوحدة فيزياء المقاييس الصغيرة كلها: طاقة رابطة الجزيء بضعة إلكترون فولت، وكمّ الأشعة السينية عشرات الكيلو إلكترون فولت، والبروتون في مصادم الهدرونات الكبير سبعة تيرا إلكترون فولت.
طاقة الفوتون بالإلكترون فولت يعطيها العدد 1240 مقسومًا على طول الموجة بالنانومتر. والضوء الأخضر عند 550 نانومترًا هو 2.25 eV، وكل المرئي يقع بين 1.65 و3.26 eV. عدد واحد يغني عن ثابت بلانك في الجيب.
02 · التحويل
أدخل طاقة — تحوِّلها البطاقة
الإلكترون فولت وحده يتحوّل بيسر إلى أربعة مقاييس دفعة واحدة: الطاقة والحرارة وطول الموجة والكتلة. ويستعمل الفيزيائيون الأربعة كمترادفات — «انتقال عند إلكترون فولتين» و«خط عند 620 نانومترًا» يصفان الشيء نفسه.
عبر E = mc² يغدو الإلكترون فولت مقياسًا للكتلة أيضًا. فالإلكترون يزن 511 keV/c²، والبروتون 938 MeV/c²، وبوزون هيغز 125 GeV/c². وفي فيزياء الجسيمات تُحذف القسمة على c² عادةً.
| الوحدة | الاسم | القيمة | أين تُصادَف |
|---|---|---|---|
| eV | إلكترون فولت | 1 | روابط الجزيئات، أطياف الذرات |
| meV | ملّي إلكترون فولت | 1000 | اهتزازات الشبكة، الضجيج الحراري |
| keV | كيلو إلكترون فولت | 0.001 | الأشعة السينية، الأغلفة الداخلية |
| MeV | ميغا إلكترون فولت | 1·10⁻⁶ | الانتقالات النووية، كتل الجسيمات |
| GeV | غيغا إلكترون فولت | 1·10⁻⁹ | المصادمات، كتلة البروتون |
| TeV | تيرا إلكترون فولت | 1·10⁻¹² | حدّ المسرّعات، الأشعة الكونية |
السطر الواحد يُقرأ على أربعة أوجه: طاقةً، وطولَ موجةِ فوتون، وحرارةَ kT، وكتلةً بـ eV/c². ويستعملها الفيزيائيون كمترادفات.
03 · رتب المقادير
من الضجيج الحراري إلى الأشعة الكونيةالرابطة الكيميائية والضوء المرئي
04 · أجهزة القياس
بمَ تُقاس الإلكترون فولت
يفرز الإشعاع بحسب طاقات الكمّات. وكاشف الجرمانيوم يميّز الخطوط بدقة كيلو إلكترون فولت.
طاقة الحزمة يحدّدها مجموع الجهد الذي اجتازه الجسيم: ومن هناك أخذت الوحدة اسمها. ويسرّع LHC البروتون إلى 7 TeV.
يقيس طاقة الإلكترونات التي اقتلعها الضوء: والفرق بين الكمّ والطاقة الحركية يعطي طاقة الرابطة في المادة.
يبتلع الجسيم كله ويقيس الطاقة المتحرّرة بالغيغا إلكترون فولت. وهكذا وُجد بوزون هيغز عند 125 GeV.
05 · قواعد الكتابة
e صغيرة، V كبيرة، والسابقة قبلهما معًا
يُكتب الرمز موصولًا: keV وMeV وGeV — تأتي السابقة قبل الوحدة كلها، لا بين حرفيها. والحرف E الكبير يعني إكسا، وv الصغير لا يعني شيئًا. وفي النص الجاري يُقبل رسم الاسم بالحروف المحلية، أما في الصيغ والجداول فالرمز اللاتيني أفضل.
في فيزياء الجسيمات يُعتمد نظام يكون فيه c = 1، وتُكتب الكتلة ببساطة بالـ GeV دون قسمة على مربع سرعة الضوء. وخارج هذا الميدان لا يجوز حذف c²: فـ eV وeV/c² كميتان مختلفتان.
06 · الوحدات المجاورة
يقف الإلكترون فولت عند ملتقى ثلاث وحدات من النظام الدولي: شحنة الإلكترون تعطي المعامل، والفولت التعريف، والجول النتيجة. وعبر ثابتي بلانك وبولتزمان يتحوّل إلى تردّد وحرارة.
عند 300 كلفن تبلغ الطاقة الحرارية kT مقدار 25.9 meV — وهذه القيمة تحدّد مقياس العمليات الحرارية في الإلكترونيات والكيمياء.
07 · القسم التاريخي
الجيران على المقاييس الذرية
وحدة الطاقة في نظام CGS. وقد بدت للمقاييس الذرية أخشن مما ينبغي: فالإلكترون فولت أصغر من الإرغ بستمائة مليار مرة.
طاقة تأيّن الهيدروجين: 13.6 eV. وما زالت الأطياف الذرية تُحسب بالريدبرغ والسنتيمترات المقلوبة.
الوحدة الذرية للطاقة، ضعف الريدبرغ. وحسابات الجزيئات تُجرى بها بالذات — فتختفي كل الثوابت من المعادلات.
طاقة الرابطة محسوبة على مول المادة. تتمسّك بها الكيمياء الحيوية والكيمياء العضوية، أما الفيزياء فانتقلت إلى الإلكترون فولت.
وحدة خارج النظام الدولي صارت في 2019 أدقّ من الجول
قبل إصلاح النظام الدولي كان الإلكترون فولت تقريبيًا: تتوقف قيمته على شحنة الإلكترون المقيسة، وتُضبط مع كل تجربة جديدة. وفي 2019 ثُبِّتت الشحنة الأولية بتعريف — 1.602 176 634·10⁻¹⁹ كولوم بالضبط — فصار معامل التحويل من الإلكترون فولت إلى الجول عددًا مضبوطًا بلا ارتياب. ونشأت حال طريفة: وحدة خارج النظام الدولي، لا يزيد النظام على أن «يسمح باستعمالها»، صارت الآن مرتبطة بالجول ارتباطًا صارمًا تمامًا، بينما تُقاس كميات كثيرة داخل النظام نفسه بدقة متناهية.
الدليل · وحدات القياس
بطاقة لكل مقدار
سبع وحدات أساسية في النظام الدولي، واثنتان وعشرون وحدة مشتقة لها أسماء خاصة، ووحدات خارج النظام لا تستغني عنها التقنية ولا الحياة اليومية. لكل وحدة ورقتها: التعريف، التحويل، الأجهزة، قواعد الكتابة. بـ 36 لغة.
وحدات خارج SI
افتح بطاقة الإلكترون فولتالوحدات الأساسية في النظام الدولي
بالطين المحروق تلك التي تقف خلف الإلكترون فولتوحدات دولية مشتقة لها أسماء خاصة
اثنتان وعشرون بطاقةلغة البطاقة
36 لغة. الرمز eV والصيغ لا تُترجم — فهي واحدة في كل اللغات؛ ويُترجم النثر والأمثلة وقواعد الكتابة الخاصة بكل خط.