01 · 정의
전자볼트는 가속기 실험실에서 태어났다. 입자의 에너지를 줄로 세는 일은 도시 사이의 거리를 마이크로미터로 재는 것만큼 불편하다.
1전자볼트는 전자가 1볼트의 전위차를 지나며 얻는 에너지입니다. 정의는 곧바로 수가 됩니다. 전자의 전하에 볼트를 곱하면 1.602 176 634·10⁻¹⁹ 줄 — 2019년부터 정확한 값입니다. 기본 전하가 암페어의 정의로 고정되었기 때문입니다. 이 단위는 작은 눈금의 물리를 모두 덮습니다. 분자의 결합 에너지는 몇 전자볼트, 엑스선 한 양자는 수십 킬로전자볼트, 거대 강입자 충돌기의 양성자는 7테라전자볼트입니다.
광자의 에너지를 전자볼트로 얻으려면 1240을 나노미터 단위의 파장으로 나누면 됩니다. 550 nm의 초록빛은 2.25 eV이고, 눈에 보이는 모든 것은 1.65와 3.26 eV 사이에 들어갑니다. 수 하나가 주머니 속 플랑크 상수를 대신합니다.
02 · 환산
에너지를 넣으면 카드가 환산합니다
한 번에 네 눈금으로 편하게 옮겨지는 단위는 전자볼트뿐입니다. 에너지, 온도, 파장, 질량. 물리학자들은 넷을 같은 뜻으로 씁니다 — 「2전자볼트의 전이」와 「620나노미터의 선」은 같은 것을 말합니다.
E = mc²를 거쳐 전자볼트는 질량의 자도 됩니다. 전자는 511 keV/c², 양성자는 938 MeV/c², 힉스 보손은 125 GeV/c². 입자물리에서는 c²로 나누는 것을 보통 생략합니다.
| 단위 | 이름 | 값 | 어디서 만나는가 |
|---|---|---|---|
| eV | 전자볼트 | 1 | 분자의 결합, 원자의 스펙트럼 |
| meV | 밀리전자볼트 | 1000 | 격자 진동, 열잡음 |
| keV | 킬로전자볼트 | 0.001 | 엑스선, 안쪽 껍질 |
| MeV | 메가전자볼트 | 1·10⁻⁶ | 핵 전이, 입자의 질량 |
| GeV | 기가전자볼트 | 1·10⁻⁹ | 충돌기, 양성자의 질량 |
| TeV | 테라전자볼트 | 1·10⁻¹² | 가속기의 한계, 우주선 |
같은 한 줄이 네 가지로 읽힙니다. 에너지로, 광자의 파장으로, 온도 kT로, eV/c²의 질량으로. 물리학자들은 이것들을 같은 뜻으로 씁니다.
03 · 크기의 차수
열잡음에서 우주선까지화학 결합과 가시광
04 · 측정 기기
전자볼트는 무엇으로 재는가
복사를 양자의 에너지에 따라 펼칩니다. 저마늄 검출기는 킬로전자볼트까지 선을 가려냅니다.
빔의 에너지는 입자가 지나온 전압의 총합으로 정해집니다. 단위의 이름이 거기서 왔습니다. LHC는 양성자를 7 TeV까지 가속합니다.
빛이 때려낸 전자의 에너지를 잽니다. 양자와 운동에너지의 차이가 물질 속 결합 에너지를 줍니다.
입자를 통째로 삼키고 풀려난 에너지를 기가전자볼트로 잽니다. 힉스 보손은 125 GeV에서 이렇게 발견되었습니다.
05 · 표기 규칙
e는 소문자, V는 대문자, 접두어는 둘 앞에
기호는 붙여 씁니다. keV, MeV, GeV — 접두어는 글자 사이가 아니라 단위 전체 앞에 섭니다. 큰 E는 엑사를 뜻하고, 작은 v는 아무것도 뜻하지 않습니다. 본문에서는 이름의 자국식 표기가 허용되지만, 식과 표에서는 라틴 기호가 낫습니다.
입자물리에서는 c = 1인 체계를 씁니다. 질량은 빛 속도의 제곱으로 나누지 않고 그냥 GeV로 적습니다. 그 분야 밖에서는 c²를 빼면 안 됩니다. eV와 eV/c²는 다른 양입니다.
06 · 이웃 단위
전자볼트는 SI 단위 셋이 만나는 자리에 섭니다. 전자의 전하가 곱수를, 볼트가 정의를, 줄이 결과를 줍니다. 플랑크와 볼츠만 상수를 거치면 진동수와 온도로 바뀝니다.
300 K에서 열에너지 kT는 25.9 meV입니다. 이 값이 전자공학과 화학에서 열이 벌이는 일의 눈금을 정합니다.
07 · 역사 부문
원자 눈금의 이웃
CGS 계의 에너지 단위입니다. 원자 눈금에는 너무 굵었습니다. 전자볼트는 에르그보다 육천억 배 작습니다.
수소의 이온화 에너지, 13.6 eV. 원자 스펙트럼은 지금도 리드베리와 역센티미터로 셉니다.
에너지의 원자 단위, 리드베리의 두 배입니다. 분자 계산은 바로 이것으로 합니다 — 그러면 식에서 상수가 모두 사라집니다.
물질 1몰당 결합 에너지입니다. 생화학과 유기화학은 이것을 붙들고 있고, 물리학은 전자볼트로 옮겨 갔습니다.
2019년에 줄보다 정확해진, SI 밖의 단위
SI 개정 전까지 전자볼트는 어림값이었습니다. 그 값은 측정된 전자의 전하에 매여 있었고, 새 실험이 있을 때마다 다듬어졌습니다. 2019년 기본 전하가 정의로 고정되었습니다 — 정확히 1.602 176 634·10⁻¹⁹ 쿨롬 — 그리고 전자볼트에서 줄로 가는 환산 계수는 불확도 없는 정확한 수가 되었습니다. 묘한 형국이 생겼습니다. SI가 그저 「사용을 허용」할 뿐인 SI 밖의 단위가 이제 줄에 아주 엄격히 매여 있고, 정작 체계 안의 많은 양은 유한한 정확도로만 측정됩니다.
목록 · 측정 단위
양마다 하나의 자료표
SI 기본 단위 일곱, 고유한 이름을 가진 유도 단위 스물둘, 그리고 기술에도 일상에도 없어서는 안 되는 SI 밖의 단위들. 저마다 한 장씩: 정의, 환산, 기기, 표기 규칙. 36개 언어로.
SI 밖의 단위
전자볼트 카드를 엽니다SI 기본 단위
테라코타빛은 전자볼트 뒤에 선 것들고유한 이름을 가진 SI 유도 단위
스물두 자료자료표 언어
36개 언어. 기호 eV와 식은 옮기지 않습니다 — 모든 언어에서 같습니다. 옮기는 것은 본문과 보기, 그리고 각 문자의 표기 규칙입니다.