Elektronivoltti
SI:n ulkopuolinen yksikkö, sallittu käyttöön · suure: energia
01 · Määritelmä
Elektronivoltti syntyi kiihdytinlaboratorioissa: hiukkasten energian laskeminen jouleina on yhtä hankalaa kuin kaupunkien välisen matkan ilmoittaminen mikrometreinä.
Yksi elektronivoltti on se energia, jonka elektroni saa kuljettuaan yhden voltin potentiaalieron. Määritelmä kääntyy suoraan luvuksi: elektronin varaus kertaa voltti antaa 1,602 176 634·10⁻¹⁹ joulea — vuodesta 2019 tarkka arvo, sillä alkeisvaraus on kiinnitetty ampeerin määritelmässä. Yksikkö kattaa koko pienten mittakaavojen fysiikan: molekyylin sidosenergia on muutamia elektronivoltteja, röntgenkvantti kymmeniä kiloelektronivoltteja, protoni suuressa hadronitörmäyttimessä seitsemän teraelektronivolttia.
Fotonin energia elektronivoltteina on 1240 jaettuna aallonpituudella nanometreinä. Vihreä valo 550 nm on 2,25 eV, ja kaikki näkyvä mahtuu välille 1,65–3,26 eV. Yksi luku korvaa Planckin vakion taskussa.
02 · Muunnos
Kirjoita energia — lehti muuntaa sen
Elektronivoltti on ainoa yksikkö, joka kääntyy kätevästi neljäksi asteikoksi kerralla: energiaksi, lämpötilaksi, aallonpituudeksi ja massaksi. Fyysikot käyttävät kaikkia neljää synonyymeinä — «siirtymä kahdessa elektronivoltissa» ja «viiva 620 nanometrissä» kuvaavat samaa asiaa.
Kaavan E = mc² kautta elektronivoltista tulee myös massan mitta. Elektroni painaa 511 keV/c², protoni 938 MeV/c², Higgsin bosoni 125 GeV/c². Hiukkasfysiikassa jako c²:lla jätetään tavallisesti pois.
| Yksikkö | Nimi | Arvo | Missä esiintyy |
|---|---|---|---|
| eV | elektronivoltti | 1 | molekyylisidokset, atomien spektrit |
| meV | millielektronivoltti | 1000 | hilavärähtelyt, lämpökohina |
| keV | kiloelektronivoltti | 0,001 | röntgen, sisemmät kuoret |
| MeV | megaelektronivoltti | 1·10⁻⁶ | ydinsiirtymät, hiukkasten massat |
| GeV | gigaelektronivoltti | 1·10⁻⁹ | törmäyttimet, protonin massa |
| TeV | teraelektronivoltti | 1·10⁻¹² | kiihdyttimien raja, kosminen säteily |
Yksi ja sama rivi luetaan neljällä tavalla: energiana, fotonin aallonpituutena, lämpötilana kT ja massana eV/c². Fyysikot käyttävät niitä synonyymeinä.
03 · Suuruusluokat
lämpökohinasta kosmiseen säteilyynkemiallinen sidos ja näkyvä valo
04 · Mittalaitteet
Millä elektronivoltteja mitataan
Erottelee säteilyn kvanttien energian mukaan. Germanium-ilmaisin erottaa viivat kiloelektronivoltin tarkkuudella.
Suihkun energian antaa se kokonaisjännite, jonka hiukkanen on kulkenut: siitä yksikkö sai nimensä. LHC kiihdyttää protonin 7 TeV:iin.
Mittaa valon irrottamien elektronien energian: kvantin ja liike-energian erotus antaa sidosenergian aineessa.
Nielaisee hiukkasen kokonaan ja mittaa vapautuneen energian gigaelektronivoltteina. Näin löydettiin Higgsin bosoni 125 GeV:n kohdalta.
05 · Kirjoitussäännöt
e pienellä, V isolla, etuliite molempien edellä
Tunnus kirjoitetaan yhteen: keV, MeV, GeV — etuliite tulee koko yksikön eteen, ei sen kirjainten väliin. Iso E tarkoittaisi eksaa, pieni v ei mitään. Juoksevassa tekstissä nimen omakielinen kirjoitusasu on sallittu, mutta kaavoissa ja taulukoissa on latinalainen tunnus parempi.
Hiukkasfysiikassa on käytössä järjestelmä, jossa c = 1, ja massa kirjoitetaan yksinkertaisesti GeV:inä ilman jakoa valonnopeuden neliöllä. Tuon alan ulkopuolella c²:ta ei saa jättää pois: eV ja eV/c² ovat eri suureita.
06 · Naapuriyksiköt
Elektronivoltti seisoo kolmen SI-yksikön kohtauspaikassa: elektronin varaus antaa kertoimen, voltti määritelmän, joule tuloksen. Planckin ja Boltzmannin vakioiden kautta se muuntuu taajuudeksi ja lämpötilaksi.
300 K:ssä lämpöenergia kT on 25,9 meV — tämä arvo asettaa mittakaavan lämpöilmiöille elektroniikassa ja kemiassa.
07 · Historiallinen osa
Naapurit atomisilla asteikoilla
CGS-järjestelmän energian yksikkö. Atomisiin mittakaavoihin se osoittautui aivan liian karkeaksi: elektronivoltti on kuusisataa miljardia kertaa pienempi kuin ergi.
Vedyn ionisaatioenergia: 13,6 eV. Atomien spektrejä lasketaan yhä rydbergeinä ja käänteissenttimetreinä.
Atominen energian yksikkö, kaksi kertaa rydberg. Molekyylilaskut tehdään juuri siinä — niin kaikki vakiot katoavat yhtälöistä.
Sidosenergia ainemoolia kohti. Biokemia ja orgaaninen kemia pitävät siitä kiinni; fysiikka on siirtynyt elektronivoltteihin.
SI:n ulkopuolinen yksikkö, josta vuonna 2019 tuli tarkempi kuin joulesta
Ennen SI:n uudistusta elektronivoltti oli likimääräinen: sen arvo riippui elektronin mitatusta varauksesta ja tarkentui jokaisen uuden kokeen myötä. Vuonna 2019 alkeisvaraus kiinnitettiin määritelmällä — tasan 1,602 176 634·10⁻¹⁹ coulombia — ja muunnoskertoimesta elektronivolteista jouleiksi tuli tarkka luku ilman epävarmuutta. Syntyi omituinen tilanne: SI:n ulkopuolinen yksikkö, jonka SI vain «sallii käyttöön», on nyt sidottu jouleen aivan ehdottomasti, kun taas monia järjestelmän omia suureita mitataan äärellisellä tarkkuudella.
Luettelo · mittayksiköt
Kortti jokaiselle suureelle
Seitsemän SI-perusyksikköä, kaksikymmentäkaksi omalla nimellä varustettua johdannaista ja järjestelmän ulkopuoliset yksiköt, joita ilman ei tule toimeen tekniikka eikä arki. Jokaisella oma lehtensä: määritelmä, muunnos, mittalaitteet, kirjoitussäännöt. 36 kielellä.
SI:n ulkopuoliset yksiköt
avaa elektronivoltin lehtiSI-perusyksiköt
terrakotalla ne, jotka seisovat elektronivoltin takanaSI-johdannaisyksiköt omalla nimellä
kaksikymmentäkaksi lehteäKortin kieli
36 kieltä. Tunnusta eV ja kaavoja ei käännetä — ne ovat kaikilla kielillä samat; käännetään proosa, esimerkit ja kunkin kirjoitusjärjestelmän kirjoitussäännöt.