Elektronvolt
Jednotka mimo SI, připuštěná k užívání · veličina: energie
01 · Definice
Elektronvolt se zrodil v laboratořích urychlovačů: počítat energii částic v joulech je stejně nepohodlné jako vzdálenost mezi městy v mikronech.
Jeden elektronvolt je energie, kterou získá elektron po průchodu potenciálovým rozdílem jednoho voltu. Definice se rovnou mění v číslo: náboj elektronu krát volt dává 1,602 176 634·10⁻¹⁹ joulu — od roku 2019 přesná hodnota, protože elementární náboj je zakotven v definici ampéru. Jednotka pokrývá celou fyziku malých měřítek: vazebná energie molekuly je několik elektronvoltů, rentgenové kvantum desítky kiloelektronvoltů, proton ve Velkém hadronovém urychlovači sedm teraelektronvoltů.
Energii fotonu v elektronvoltech dává číslo 1240 dělené vlnovou délkou v nanometrech. Zelené světlo 550 nm je 2,25 eV a všechno viditelné se vejde mezi 1,65 a 3,26 eV. Jedno číslo nahradí Planckovu konstantu v kapse.
02 · Převod
Zadejte energii — list ji přepočítá
Elektronvolt se jako jediný pohodlně převádí rovnou na čtyři škály: energii, teplotu, vlnovou délku a hmotnost. Fyzici všechny čtyři užívají jako synonyma — «přechod při dvou elektronvoltech» a «čára na 620 nanometrech» popisují totéž.
Skrze E = mc² se elektronvolt stává i mírou hmotnosti. Elektron váží 511 keV/c², proton 938 MeV/c², Higgsův boson 125 GeV/c². Ve fyzice částic se dělení c² obvykle vynechává.
| Jednotka | Název | Hodnota | Kde se vyskytuje |
|---|---|---|---|
| eV | elektronvolt | 1 | vazby molekul, spektra atomů |
| meV | milielektronvolt | 1000 | kmity mřížky, tepelný šum |
| keV | kiloelektronvolt | 0,001 | rentgen, vnitřní slupky |
| MeV | megaelektronvolt | 1·10⁻⁶ | jaderné přechody, hmotnosti částic |
| GeV | gigaelektronvolt | 1·10⁻⁹ | urychlovače, hmotnost protonu |
| TeV | teraelektronvolt | 1·10⁻¹² | mez urychlovačů, kosmické záření |
Jeden a týž řádek se čte čtyřmi způsoby: jako energie, jako vlnová délka fotonu, jako teplota kT a jako hmotnost v eV/c². Fyzici je užívají jako synonyma.
03 · Řády veličin
od tepelného šumu po kosmické zářeníchemická vazba a viditelné světlo
04 · Měřicí přístroje
Čím se měří elektronvolty
Rozkládá záření podle energií kvant. Germaniový detektor rozliší čáry s přesností na kiloelektronvolt.
Energii svazku určuje celkové napětí, jímž částice prošla: odtud jednotka získala jméno. LHC urychlí proton na 7 TeV.
Měří energii elektronů vyražených světlem: rozdíl mezi kvantem a kinetickou energií dává vazebnou energii v látce.
Pohltí částici celou a změří uvolněnou energii v gigaelektronvoltech. Tak byl nalezen Higgsův boson na 125 GeV.
05 · Pravidla zápisu
e malé, V velké, předpona před oběma
Značka se píše dohromady: keV, MeV, GeV — předpona stojí před celou jednotkou, ne mezi jejími písmeny. Velké E by znamenalo exa, malé v nic. V běžném textu je domácí zápis názvu přípustný, ve vzorcích a tabulkách je však lepší latinská značka.
Ve fyzice částic se užívá soustava, kde c = 1, a hmotnost se píše prostě v GeV bez dělení druhou mocninou rychlosti světla. Mimo tuto oblast c² vynechávat nelze: eV a eV/c² jsou různé veličiny.
06 · Sousední jednotky
Elektronvolt stojí na styku tří jednotek SI: náboj elektronu dává násobitel, volt definici, joule výsledek. Přes Planckovu a Boltzmannovu konstantu se převádí na frekvenci a teplotu.
Při 300 K činí tepelná energie kT 25,9 meV — tato hodnota udává měřítko tepelných dějů v elektronice a chemii.
07 · Historický oddíl
Sousedé na atomových škálách
Jednotka energie soustavy CGS. Pro atomová měřítka se ukázala příliš hrubá: elektronvolt je šestset miliardkrát menší než erg.
Ionizační energie vodíku: 13,6 eV. Atomová spektra se dodnes počítají v rydbergách a převrácených centimetrech.
Atomová jednotka energie, dvakrát větší než rydberg. Výpočty molekul se vedou právě v ní — tak z rovnic zmizí všechny konstanty.
Vazebná energie v přepočtu na mol látky. Biochemie a organická chemie se jí drží, fyzika přešla na elektronvolty.
Jednotka mimo SI, která se v roce 2019 stala přesnější než joule
Před reformou SI byl elektronvolt přibližný: jeho hodnota závisela na naměřeném náboji elektronu a upřesňovala se s každým novým pokusem. V roce 2019 byl elementární náboj zakotven definicí — přesně 1,602 176 634·10⁻¹⁹ coulombu — a převodní součinitel z elektronvoltů na jouly se stal přesným číslem bez nejistoty. Vznikla zvláštní situace: jednotka mimo SI, kterou SI pouze «připouští k užívání», je nyní na joule vázána zcela striktně, zatímco mnoho veličin uvnitř samotné soustavy se měří s konečnou přesností.
Katalog · měřicí jednotky
List pro každou veličinu
Sedm základních jednotek SI, dvaadvacet odvozených s vlastními názvy a jednotky mimo soustavu, bez nichž se neobejde technika ani běžný život. Každá má svůj list: definice, převod, přístroje, pravidla zápisu. V 36 jazycích.
Jednotky mimo SI
otevřete list elektronvoltuZákladní jednotky SI
terakotou ty, které stojí za elektronvoltemOdvozené jednotky SI s vlastním názvem
dvaadvacet listůJazyk listu
36 jazyků. Značka eV a vzorce se nepřekládají — jsou ve všech jazycích stejné; překládá se próza, příklady a pravidla zápisu pro dané písmo.