Ηλεκτρονιοβόλτ
Μονάδα εκτός SI, δεκτή προς χρήση · μέγεθος: ενέργεια
01 · Ορισμός
Το ηλεκτρονιοβόλτ γεννήθηκε στα εργαστήρια των επιταχυντών: να μετρά κανείς την ενέργεια των σωματιδίων σε τζάουλ είναι το ίδιο άβολο με το να μετρά την απόσταση των πόλεων σε μικρόμετρα.
Ένα ηλεκτρονιοβόλτ είναι η ενέργεια που αποκτά ένα ηλεκτρόνιο αφού διανύσει διαφορά δυναμικού ενός βολτ. Ο ορισμός γίνεται αμέσως αριθμός: το φορτίο του ηλεκτρονίου επί το βολτ δίνει 1,602 176 634·10⁻¹⁹ τζάουλ — ακριβής τιμή από το 2019, επειδή το στοιχειώδες φορτίο έχει καθοριστεί με τον ορισμό του αμπέρ. Η μονάδα καλύπτει όλη τη φυσική των μικρών κλιμάκων: η ενέργεια δεσμού ενός μορίου είναι λίγα ηλεκτρονιοβόλτ, ένα κβάντο ακτίνων Χ δεκάδες κιλοηλεκτρονιοβόλτ, ένα πρωτόνιο στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων επτά τεραηλεκτρονιοβόλτ.
Την ενέργεια ενός φωτονίου σε ηλεκτρονιοβόλτ τη δίνει ο αριθμός 1240 διαιρεμένος με το μήκος κύματος σε νανόμετρα. Το πράσινο φως των 550 nm είναι 2,25 eV, και όλο το ορατό χωρά ανάμεσα σε 1,65 και 3,26 eV. Ένας αριθμός αντικαθιστά τη σταθερά του Πλανκ στην τσέπη.
02 · Μετατροπή
Δώστε μια ενέργεια — το δελτίο τη μετατρέπει
Το ηλεκτρονιοβόλτ είναι η μόνη μονάδα που μεταφράζεται άνετα σε τέσσερις κλίμακες μαζί: ενέργεια, θερμοκρασία, μήκος κύματος και μάζα. Οι φυσικοί χρησιμοποιούν και τις τέσσερις ως συνώνυμα — «μια μετάβαση στα δύο ηλεκτρονιοβόλτ» και «μια γραμμή στα 620 νανόμετρα» περιγράφουν το ίδιο πράγμα.
Μέσω του E = mc² το ηλεκτρονιοβόλτ γίνεται και μέτρο μάζας. Το ηλεκτρόνιο ζυγίζει 511 keV/c², το πρωτόνιο 938 MeV/c², το μποζόνιο Χιγκς 125 GeV/c². Στη φυσική σωματιδίων η διαίρεση με c² συνήθως παραλείπεται.
| Μονάδα | Όνομα | Τιμή | Πού απαντάται |
|---|---|---|---|
| eV | ηλεκτρονιοβόλτ | 1 | μοριακοί δεσμοί, ατομικά φάσματα |
| meV | μιλιηλεκτρονιοβόλτ | 1000 | ταλαντώσεις πλέγματος, θερμικός θόρυβος |
| keV | κιλοηλεκτρονιοβόλτ | 0,001 | ακτίνες Χ, εσωτερικοί φλοιοί |
| MeV | μεγαηλεκτρονιοβόλτ | 1·10⁻⁶ | πυρηνικές μεταβάσεις, μάζες σωματιδίων |
| GeV | γιγαηλεκτρονιοβόλτ | 1·10⁻⁹ | επιταχυντές, η μάζα του πρωτονίου |
| TeV | τεραηλεκτρονιοβόλτ | 1·10⁻¹² | το όριο των επιταχυντών, κοσμικές ακτίνες |
Μία και η αυτή γραμμή διαβάζεται με τέσσερις τρόπους: ως ενέργεια, ως μήκος κύματος φωτονίου, ως θερμοκρασία kT και ως μάζα σε eV/c². Οι φυσικοί τα χρησιμοποιούν ως συνώνυμα.
03 · Τάξεις μεγέθους
από τον θερμικό θόρυβο ως τις κοσμικές ακτίνεςχημικός δεσμός και ορατό φως
04 · Όργανα μέτρησης
Με τι μετρώνται τα ηλεκτρονιοβόλτ
Αναλύει την ακτινοβολία κατά την ενέργεια των κβάντων. Ένας ανιχνευτής γερμανίου ξεχωρίζει γραμμές με ακρίβεια ενός κιλοηλεκτρονιοβόλτ.
Την ενέργεια της δέσμης την ορίζει η συνολική τάση που διένυσε το σωματίδιο: από εκεί πήρε η μονάδα το όνομά της. Ο LHC επιταχύνει ένα πρωτόνιο ως τα 7 TeV.
Μετρά την ενέργεια των ηλεκτρονίων που ξερίζωσε το φως: η διαφορά ανάμεσα στο κβάντο και την κινητική ενέργεια δίνει την ενέργεια δεσμού μέσα στην ύλη.
Καταπίνει ολόκληρο το σωματίδιο και μετρά την ενέργεια που ελευθερώθηκε σε γιγαηλεκτρονιοβόλτ. Έτσι βρέθηκε το μποζόνιο Χιγκς στα 125 GeV.
05 · Κανόνες γραφής
e μικρό, V κεφαλαίο, το πρόθεμα πριν από τα δύο
Το σύμβολο γράφεται ενιαία: keV, MeV, GeV — το πρόθεμα μπαίνει πριν από ολόκληρη τη μονάδα, όχι ανάμεσα στα γράμματά της. Κεφαλαίο E θα σήμαινε έξα, πεζό v τίποτα. Στο τρεχούμενο κείμενο η ντόπια γραφή του ονόματος γίνεται δεκτή, όμως στους τύπους και στους πίνακες προτιμάται το λατινικό σύμβολο.
Στη φυσική σωματιδίων ισχύει σύστημα όπου c = 1, και η μάζα γράφεται απλώς σε GeV χωρίς διαίρεση με το τετράγωνο της ταχύτητας του φωτός. Έξω από αυτόν τον χώρο το c² δεν επιτρέπεται να παραλείπεται: eV και eV/c² είναι διαφορετικά μεγέθη.
06 · Γειτονικές μονάδες
Το ηλεκτρονιοβόλτ στέκεται εκεί όπου συναντιούνται τρεις μονάδες του SI: το φορτίο του ηλεκτρονίου δίνει τον συντελεστή, το βολτ τον ορισμό, το τζάουλ το αποτέλεσμα. Μέσω των σταθερών του Πλανκ και του Μπόλτσμαν μετατρέπεται σε συχνότητα και θερμοκρασία.
Στους 300 K η θερμική ενέργεια kT είναι 25,9 meV — η τιμή αυτή ορίζει την κλίμακα των θερμικών φαινομένων στα ηλεκτρονικά και στη χημεία.
07 · Ιστορικό μέρος
Γείτονες στις ατομικές κλίμακες
Η μονάδα ενέργειας του συστήματος CGS. Για τις ατομικές κλίμακες αποδείχθηκε υπερβολικά μεγάλη: το ηλεκτρονιοβόλτ είναι εξακόσιες φορές δισεκατομμύριο μικρότερο από το εργ.
Η ενέργεια ιονισμού του υδρογόνου: 13,6 eV. Τα ατομικά φάσματα μετρώνται ως σήμερα σε ρίντμπεργκ και σε αντίστροφα εκατοστά.
Η ατομική μονάδα ενέργειας, διπλάσια του ρίντμπεργκ. Οι υπολογισμοί των μορίων γίνονται ακριβώς σε αυτήν — έτσι εξαφανίζονται όλες οι σταθερές από τις εξισώσεις.
Ενέργεια δεσμού ανά mol ουσίας. Η βιοχημεία και η οργανική χημεία κρατιούνται από αυτήν· η φυσική πέρασε στα ηλεκτρονιοβόλτ.
Μια μονάδα εκτός SI που το 2019 έγινε ακριβέστερη από το τζάουλ
Πριν από τη μεταρρύθμιση του SI το ηλεκτρονιοβόλτ ήταν κατά προσέγγιση: η τιμή του εξαρτιόταν από το μετρημένο φορτίο του ηλεκτρονίου και διορθωνόταν με κάθε νέο πείραμα. Το 2019 το στοιχειώδες φορτίο καθορίστηκε με ορισμό — ακριβώς 1,602 176 634·10⁻¹⁹ κουλόμπ — και ο συντελεστής μετατροπής από ηλεκτρονιοβόλτ σε τζάουλ έγινε ακριβής αριθμός χωρίς αβεβαιότητα. Προέκυψε περίεργη κατάσταση: μια μονάδα εκτός SI, την οποία το SI απλώς «δέχεται προς χρήση», συνδέεται τώρα με το τζάουλ απολύτως αυστηρά, ενώ πολλά μεγέθη μέσα στο ίδιο το σύστημα μετρώνται με πεπερασμένη ακρίβεια.
Κατάλογος · μονάδες μέτρησης
Ένα δελτίο για κάθε μέγεθος
Επτά θεμελιώδεις μονάδες SI, είκοσι δύο παράγωγες με δικό τους όνομα και οι μονάδες εκτός συστήματος χωρίς τις οποίες δεν τα βγάζει πέρα ούτε η τεχνική ούτε η καθημερινότητα. Καθεμιά έχει το φύλλο της: ορισμός, μετατροπή, όργανα, κανόνες γραφής. Σε 36 γλώσσες.
Μονάδες εκτός SI
ανοίξτε το δελτίο του ηλεκτρονιοβόλτΘεμελιώδεις μονάδες SI
με τερακότα εκείνες που στέκονται πίσω από το ηλεκτρονιοβόλτΠαράγωγες μονάδες SI με δικό τους όνομα
είκοσι δύο δελτίαΓλώσσα του δελτίου
36 γλώσσες. Το σύμβολο eV και οι τύποι δεν μεταφράζονται — είναι τα ίδια σε όλες τις γλώσσες· μεταφράζονται η πρόζα, τα παραδείγματα και οι κανόνες γραφής της κάθε γραφής.