Elektronvolt
Enhed uden for SI, tilladt at bruge · størrelse: energi
01 · Definition
Elektronvolten blev født i acceleratorlaboratorierne: at regne partiklernes energi i joule er lige så ubekvemt som at angive afstanden mellem byer i mikrometer.
En elektronvolt er den energi, en elektron vinder ved at gennemløbe en potentialforskel på en volt. Definitionen bliver straks til et tal: elektronens ladning gange volten giver 1,602 176 634·10⁻¹⁹ joule — siden 2019 en eksakt værdi, fordi elementarladningen er fastlagt ved amperens definition. Enheden dækker hele de små skalaers fysik: bindingsenergien i et molekyle er nogle få elektronvolt, et røntgenkvant snese af kiloelektronvolt, en proton i Den Store Hadronkolliderer syv teraelektronvolt.
En fotons energi i elektronvolt er 1240 divideret med bølgelængden i nanometer. Grønt lys ved 550 nm er 2,25 eV, og alt det synlige ligger mellem 1,65 og 3,26 eV. Ét tal erstatter Plancks konstant i lommen.
02 · Omregning
Skriv en energi — bladet regner den om
Elektronvolten er den eneste enhed, der bekvemt oversættes til fire skalaer på én gang: energi, temperatur, bølgelængde og masse. Fysikere bruger alle fire som synonymer — «en overgang ved to elektronvolt» og «en linje ved 620 nanometer» beskriver det samme.
Gennem E = mc² bliver elektronvolten også et mål for masse. Elektronen vejer 511 keV/c², protonen 938 MeV/c², higgsbosonen 125 GeV/c². I partikelfysikken udelader man som regel divisionen med c².
| Enhed | Navn | Værdi | Hvor den forekommer |
|---|---|---|---|
| eV | elektronvolt | 1 | molekylbindinger, atomspektre |
| meV | millielektronvolt | 1000 | gittersvingninger, termisk støj |
| keV | kiloelektronvolt | 0,001 | røntgen, indre skaller |
| MeV | megaelektronvolt | 1·10⁻⁶ | kerneovergange, partikelmasser |
| GeV | gigaelektronvolt | 1·10⁻⁹ | kollidere, protonens masse |
| TeV | teraelektronvolt | 1·10⁻¹² | acceleratorernes grænse, kosmisk stråling |
Én og samme linje læses på fire måder: som energi, som en fotons bølgelængde, som temperatur kT og som masse i eV/c². Fysikere bruger dem som synonymer.
03 · Størrelsesordener
fra termisk støj til kosmisk strålingkemisk binding og synligt lys
04 · Måleinstrumenter
Hvad man måler elektronvolt med
Deler strålingen op efter kvanternes energi. En germaniumdetektor skelner linjer på en kiloelektronvolt nær.
Strålens energi er givet ved den samlede spænding, partiklen har gennemløbet: derfra fik enheden sit navn. LHC accelererer en proton til 7 TeV.
Måler energien af de elektroner, lyset har slået ud: forskellen mellem kvantet og bevægelsesenergien giver bindingsenergien i stoffet.
Sluger partiklen hel og måler den frigjorte energi i gigaelektronvolt. Sådan fandt man higgsbosonen ved 125 GeV.
05 · Skriveregler
e lille, V stort, forstavelsen foran begge
Tegnet skrives i ét: keV, MeV, GeV — forstavelsen står foran hele enheden, ikke mellem dens bogstaver. Et stort E ville betyde exa, et lille v ingenting. I løbende tekst er den hjemlige stavemåde af navnet tilladt, men i formler og tabeller foretrækkes det latinske tegn.
I partikelfysikken gælder et system, hvor c = 1, og massen skrives blot i GeV uden division med lysets hastighed i anden. Uden for det område må c² ikke udelades: eV og eV/c² er forskellige størrelser.
06 · Naboenheder
Elektronvolten står, hvor tre SI-enheder mødes: elektronens ladning giver faktoren, volten definitionen, joulen resultatet. Gennem Plancks og Boltzmanns konstanter omregnes den til frekvens og temperatur.
Ved 300 K er den termiske energi kT 25,9 meV — den værdi sætter skalaen for termiske forløb i elektronik og kemi.
07 · Historisk afsnit
Naboer på de atomare skalaer
CGS-systemets energienhed. Til atomare skalaer viste den sig alt for grov: elektronvolten er seks hundrede milliarder gange mindre end ergen.
Brintens ioniseringsenergi: 13,6 eV. Atomspektre regnes den dag i dag i rydberg og i omvendte centimeter.
Den atomare energienhed, dobbelt så stor som rydbergen. Molekyleberegninger føres netop i den — så forsvinder alle konstanter ud af ligningerne.
Bindingsenergi regnet per mol stof. Biokemien og den organiske kemi holder fast ved den; fysikken er gået over til elektronvolt.
En enhed uden for SI, der i 2019 blev mere nøjagtig end joulen
Før SI-reformen var elektronvolten omtrentlig: dens værdi afhang af elektronens målte ladning og blev rettet til ved hvert nyt forsøg. I 2019 blev elementarladningen fastlagt ved definition — præcis 1,602 176 634·10⁻¹⁹ coulomb — og omregningsfaktoren fra elektronvolt til joule blev et eksakt tal uden usikkerhed. Der opstod en besynderlig tilstand: en enhed uden for SI, som SI blot «tillader at bruge», hænger nu ganske strengt sammen med joulen, mens mange størrelser inden for systemet selv måles med endelig nøjagtighed.
Katalog · måleenheder
Et datablad for hver størrelse
Syv SI-grundenheder, toogtyve afledte med egne navne og de enheder uden for systemet, som hverken teknikken eller hverdagen klarer sig uden. Hver har sit eget blad: definition, omregning, instrumenter, skriveregler. På 36 sprog.
Enheder uden for SI
åbn elektronvoltens bladSI-grundenheder
i terrakotta — dem, der står bag elektronvoltenAfledte SI-enheder med eget navn
toogtyve bladeDatabladets sprog
36 sprog. Tegnet eV og formlerne oversættes ikke — de er de samme på alle sprog; det, der oversættes, er prosaen, eksemplerne og skrivereglerne for den enkelte skrift.