Elektronvolt
Enhet utenfor SI, tillatt å bruke · størrelse: energi
01 · Definisjon
Elektronvolten ble født i akseleratorlaboratoriene: å regne energien til partikler i joule er like ubekvemt som å oppgi avstanden mellom byer i mikrometer.
Én elektronvolt er den energien et elektron vinner ved å gjennomløpe en potensialforskjell på én volt. Definisjonen blir straks til et tall: elektronets ladning ganger volten gir 1,602 176 634·10⁻¹⁹ joule — siden 2019 en eksakt verdi, fordi elementærladningen er fastlagt ved definisjonen av ampere. Enheten dekker hele de små skalaenes fysikk: bindingsenergien i et molekyl er noen få elektronvolt, et røntgenkvant titalls kiloelektronvolt, et proton i Den store hadronkollideren sju teraelektronvolt.
Energien til et foton i elektronvolt er 1240 delt på bølgelengden i nanometer. Grønt lys ved 550 nm er 2,25 eV, og alt det synlige ligger mellom 1,65 og 3,26 eV. Ett tall erstatter Plancks konstant i lomma.
02 · Omregning
Skriv inn en energi — bladet regner den om
Elektronvolten er den eneste enheten som lar seg oversette bekvemt til fire skalaer på én gang: energi, temperatur, bølgelengde og masse. Fysikere bruker alle fire som synonymer — «en overgang ved to elektronvolt» og «en linje ved 620 nanometer» beskriver det samme.
Gjennom E = mc² blir elektronvolten også et mål for masse. Elektronet veier 511 keV/c², protonet 938 MeV/c², higgsbosonet 125 GeV/c². I partikkelfysikken sløyfes divisjonen med c² som regel.
| Enhet | Navn | Verdi | Hvor den forekommer |
|---|---|---|---|
| eV | elektronvolt | 1 | molekylbindinger, atomspektre |
| meV | millielektronvolt | 1000 | gittersvingninger, termisk støy |
| keV | kiloelektronvolt | 0,001 | røntgen, indre skall |
| MeV | megaelektronvolt | 1·10⁻⁶ | kjerneoverganger, partikkelmasser |
| GeV | gigaelektronvolt | 1·10⁻⁹ | kollidere, massen til protonet |
| TeV | teraelektronvolt | 1·10⁻¹² | grensen for akseleratorene, kosmisk stråling |
Én og samme linje leses på fire måter: som energi, som bølgelengden til et foton, som temperatur kT og som masse i eV/c². Fysikere bruker dem som synonymer.
03 · Størrelsesordener
fra termisk støy til kosmisk strålingkjemisk binding og synlig lys
04 · Måleinstrumenter
Hva man måler elektronvolt med
Deler strålingen opp etter energien til kvantene. En germaniumdetektor skiller linjer på en kiloelektronvolt nær.
Energien i strålen er gitt av den samlede spenningen partikkelen har gjennomløpt: derfra fikk enheten navnet sitt. LHC akselererer et proton til 7 TeV.
Måler energien til elektronene som lyset har slått ut: forskjellen mellom kvantet og bevegelsesenergien gir bindingsenergien i stoffet.
Sluker partikkelen hel og måler den frigjorte energien i gigaelektronvolt. Slik fant man higgsbosonet ved 125 GeV.
05 · Skriveregler
e liten, V stor, forstavelsen foran begge
Tegnet skrives i ett: keV, MeV, GeV — forstavelsen står foran hele enheten, ikke mellom bokstavene. En stor E ville bety eksa, en liten v ingenting. I løpende tekst er den hjemlige skrivemåten av navnet tillatt, men i formler og tabeller er det latinske tegnet å foretrekke.
I partikkelfysikken gjelder et system der c = 1, og massen skrives ganske enkelt i GeV uten divisjon med lysfarten i annen. Utenfor det området kan c² ikke sløyfes: eV og eV/c² er forskjellige størrelser.
06 · Naboenheter
Elektronvolten står der tre SI-enheter møtes: ladningen til elektronet gir faktoren, volten definisjonen, joulen resultatet. Gjennom konstantene til Planck og Boltzmann regnes den om til frekvens og temperatur.
Ved 300 K er den termiske energien kT 25,9 meV — den verdien setter skalaen for termiske forløp i elektronikk og kjemi.
07 · Historisk del
Naboer på de atomære skalaene
Energienheten i CGS-systemet. For atomære skalaer viste den seg altfor grov: elektronvolten er seks hundre milliarder ganger mindre enn ergen.
Ioniseringsenergien til hydrogen: 13,6 eV. Atomspektre regnes den dag i dag i rydberg og i omvendte centimeter.
Den atomære energienheten, dobbelt så stor som rydbergen. Molekylberegninger føres nettopp i den — slik forsvinner alle konstantene ut av likningene.
Bindingsenergi regnet per mol stoff. Biokjemien og den organiske kjemien holder fast ved den; fysikken har gått over til elektronvolt.
En enhet utenfor SI som i 2019 ble mer nøyaktig enn joulen
Før SI-reformen var elektronvolten omtrentlig: verdien avhang av den målte ladningen til elektronet og ble justert ved hvert nye forsøk. I 2019 ble elementærladningen fastlagt ved definisjon — nøyaktig 1,602 176 634·10⁻¹⁹ coulomb — og omregningsfaktoren fra elektronvolt til joule ble et eksakt tall uten usikkerhet. Det oppsto en besynderlig tilstand: en enhet utenfor SI, som SI bare «tillater å bruke», henger nå helt strengt sammen med joulen, mens mange størrelser innenfor selve systemet måles med endelig nøyaktighet.
Katalog · måleenheter
Et datablad for hver størrelse
Sju SI-grunnenheter, tjueto avledede med egne navn og enhetene utenfor systemet som verken teknikken eller hverdagen klarer seg uten. Hver har sitt eget blad: definisjon, omregning, instrumenter, skriveregler. På 36 språk.
Enheter utenfor SI
åpne bladet til elektronvoltenSI-grunnenheter
i terrakotta — de som står bak elektronvoltenAvledede SI-enheter med eget navn
tjueto bladDatabladets språk
36 språk. Tegnet eV og formlene oversettes ikke — de er de samme på alle språk; det som oversettes, er prosaen, eksemplene og skrivereglene for den enkelte skriften.