Électronvolt
Unité hors SI admise à l’usage · grandeur : énergie
01 · Définition
L’électronvolt est né dans les laboratoires d’accélérateurs : compter l’énergie des particules en joules est aussi incommode que mesurer la distance entre deux villes en microns.
Un électronvolt est l’énergie que gagne un électron après avoir franchi une différence de potentiel d’un volt. La définition se traduit aussitôt en nombre : la charge de l’électron multipliée par le volt donne 1,602 176 634·10⁻¹⁹ joule — valeur exacte depuis 2019, car la charge élémentaire est fixée par la définition de l’ampère. L’unité couvre toute la physique des petites échelles : l’énergie de liaison d’une molécule vaut quelques électronvolts, un quantum de rayons X quelques dizaines de kiloélectronvolts, un proton du Grand collisionneur de hadrons sept téraélectronvolts.
L’énergie d’un photon en électronvolts est 1240 divisé par la longueur d’onde en nanomètres. La lumière verte à 550 nm fait 2,25 eV, et tout le visible tient entre 1,65 et 3,26 eV. Un seul nombre remplace la constante de Planck dans la poche.
02 · Conversion
Entrez une énergie — la fiche la convertit
L’électronvolt est la seule unité qui se traduise commodément en quatre échelles à la fois : énergie, température, longueur d’onde et masse. Les physiciens se servent des quatre comme de synonymes — « une transition à deux électronvolts » et « une raie à 620 nanomètres » décrivent la même chose.
Par E = mc², l’électronvolt devient aussi une mesure de masse. L’électron pèse 511 keV/c², le proton 938 MeV/c², le boson de Higgs 125 GeV/c². En physique des particules on omet d’ordinaire la division par c².
| Unité | Nom | Valeur | Où on le rencontre |
|---|---|---|---|
| eV | électronvolt | 1 | liaisons moléculaires, spectres atomiques |
| meV | millielectronvolt | 1000 | vibrations du réseau, bruit thermique |
| keV | kiloélectronvolt | 0,001 | rayons X, couches internes |
| MeV | mégaélectronvolt | 1·10⁻⁶ | transitions nucléaires, masses des particules |
| GeV | gigaélectronvolt | 1·10⁻⁹ | collisionneurs, masse du proton |
| TeV | téraélectronvolt | 1·10⁻¹² | la limite des accélérateurs, les rayons cosmiques |
Une même ligne se lit de quatre façons : comme une énergie, comme la longueur d’onde d’un photon, comme la température kT et comme une masse en eV/c². Les physiciens s’en servent comme de synonymes.
03 · Ordres de grandeur
du bruit thermique aux rayons cosmiquesliaison chimique et lumière visible
04 · Instruments de mesure
Avec quoi l’on mesure les électronvolts
Décompose le rayonnement selon l’énergie de ses quanta. Un détecteur au germanium distingue les raies au kiloélectronvolt près.
L’énergie du faisceau est fixée par la tension totale que la particule a franchie : c’est de là que l’unité tient son nom. Le LHC accélère un proton jusqu’à 7 TeV.
Mesure l’énergie des électrons arrachés par la lumière : la différence entre le quantum et l’énergie cinétique donne l’énergie de liaison dans la matière.
Absorbe la particule entière et mesure l’énergie dégagée en gigaélectronvolts. C’est ainsi qu’on a trouvé le boson de Higgs à 125 GeV.
05 · Règles d’écriture
e minuscule, V majuscule, le préfixe devant les deux
Le symbole s’écrit d’un seul tenant : keV, MeV, GeV — le préfixe se place devant l’unité entière, non entre ses lettres. Un E majuscule voudrait dire exa, un v minuscule ne voudrait rien dire. Dans le texte courant la graphie locale du nom est admise, mais dans les formules et les tableaux le symbole latin est préférable.
La physique des particules use d’un système où c = 1, et la masse s’écrit simplement en GeV sans division par le carré de la vitesse de la lumière. Hors de ce domaine on ne peut omettre le c² : eV et eV/c² sont des grandeurs différentes.
06 · Unités voisines
L’électronvolt se tient au point de rencontre de trois unités du SI : la charge de l’électron donne le facteur, le volt la définition, le joule le résultat. Par les constantes de Planck et de Boltzmann il se convertit en fréquence et en température.
commande l’accélération
e · V
1,602·10⁻¹⁹
À 300 K l’énergie thermique kT vaut 25,9 meV — cette valeur fixe l’échelle des phénomènes thermiques en électronique et en chimie.
07 · Section historique
Voisines sur les échelles atomiques
L’unité d’énergie du système CGS. Pour les échelles atomiques elle s’est révélée bien trop grande : l’électronvolt est six cents milliards de fois plus petit que l’erg.
L’énergie d’ionisation de l’hydrogène : 13,6 eV. Les spectres atomiques se comptent encore aujourd’hui en rydbergs et en centimètres inverses.
L’unité atomique d’énergie, deux fois le rydberg. Les calculs de molécules se mènent précisément en elle — ainsi toutes les constantes disparaissent des équations.
Énergie de liaison rapportée à la mole de substance. La biochimie et la chimie organique s’y tiennent ; la physique est passée aux électronvolts.
Une unité hors SI devenue en 2019 plus exacte que le joule
Avant la réforme du SI, l’électronvolt était approché : sa valeur dépendait de la charge mesurée de l’électron et se précisait à chaque nouvelle expérience. En 2019 la charge élémentaire a été fixée par définition — exactement 1,602 176 634·10⁻¹⁹ coulomb — et le facteur de conversion des électronvolts en joules est devenu un nombre exact, sans incertitude. Situation curieuse : une unité hors SI, que le SI se borne à « admettre à l’usage », se rattache désormais au joule de façon absolument stricte, alors que bien des grandeurs à l’intérieur même du système se mesurent avec une exactitude finie.
Catalogue · unités de mesure
Une fiche pour chaque grandeur
Sept unités de base du SI, vingt-deux unités dérivées portant un nom propre et les unités hors système dont ni la technique ni la vie quotidienne ne se passent. Chacune a sa feuille : définition, conversion, instruments, règles d’écriture. En 5 langues.
Unités hors SI
ouvrir la fiche de l’électronvoltUnités de base du SI
en terre cuite — celles qui se tiennent derrière l’électronvoltUnités SI dérivées portant un nom propre
vingt-deux fichesLangue de la fiche
5 langues. Le symbole eV et les formules ne se traduisent pas — ils sont les mêmes dans toutes les langues ; se traduisent la prose, les exemples et les règles d’écriture propres à chaque écriture.