Elektronowolt
Jednostka spoza SI dopuszczona do stosowania · wielkość: energia
01 · Definicja
Elektronowolt narodził się w pracowniach akceleratorów: liczyć energię cząstek w dżulach jest równie niewygodnie, jak odległość między miastami w mikrometrach.
Jeden elektronowolt to energia, jaką zyskuje elektron po przebyciu różnicy potencjałów jednego wolta. Definicja od razu zamienia się w liczbę: ładunek elektronu razy wolt daje 1,602 176 634·10⁻¹⁹ dżula — od 2019 roku wartość dokładna, bo ładunek elementarny jest ustalony definicją ampera. Jednostka obejmuje całą fizykę małych skal: energia wiązania cząsteczki to kilka elektronowoltów, kwant promieniowania rentgenowskiego — dziesiątki kiloelektronowoltów, proton w Wielkim Zderzaczu Hadronów — siedem teraelektronowoltów.
Energię fotonu w elektronowoltach daje liczba 1240 podzielona przez długość fali w nanometrach. Zielone światło 550 nm to 2,25 eV, a całe widzialne mieści się między 1,65 a 3,26 eV. Jedna liczba zastępuje stałą Plancka w kieszeni.
02 · Przeliczanie
Wpiszcie energię — karta ją przeliczy
Elektronowolt jako jedyny wygodnie przekłada się od razu na cztery skale: energię, temperaturę, długość fali i masę. Fizycy posługują się wszystkimi czterema jak synonimami — «przejście przy dwóch elektronowoltach» i «linia przy 620 nanometrach» opisują to samo.
Przez E = mc² elektronowolt staje się także miarą masy. Elektron waży 511 keV/c², proton 938 MeV/c², bozon Higgsa 125 GeV/c². W fizyce cząstek dzielenie przez c² zwykle się opuszcza.
| Jednostka | Nazwa | Wartość | Gdzie występuje |
|---|---|---|---|
| eV | elektronowolt | 1 | wiązania cząsteczek, widma atomów |
| meV | millielektronowolt | 1000 | drgania sieci, szum cieplny |
| keV | kiloelektronowolt | 0,001 | rentgen, powłoki wewnętrzne |
| MeV | megaelektronowolt | 1·10⁻⁶ | przejścia jądrowe, masy cząstek |
| GeV | gigaelektronowolt | 1·10⁻⁹ | zderzacze, masa protonu |
| TeV | teraelektronowolt | 1·10⁻¹² | granica akceleratorów, promieniowanie kosmiczne |
Ten sam wiersz czyta się na cztery sposoby: jako energię, jako długość fali fotonu, jako temperaturę kT i jako masę w eV/c². Fizycy używają ich jak synonimów.
03 · Rzędy wielkości
od szumu cieplnego po promieniowanie kosmicznewiązanie chemiczne i światło widzialne
04 · Przyrządy pomiarowe
Czym mierzy się elektronowolty
Rozkłada promieniowanie według energii kwantów. Detektor germanowy rozróżnia linie z dokładnością do kiloelektronowolta.
Energię wiązki wyznacza łączne napięcie, które cząstka przebyła: stąd jednostka wzięła nazwę. LHC rozpędza proton do 7 TeV.
Mierzy energię elektronów wybitych przez światło: różnica między kwantem a energią kinetyczną daje energię wiązania w materii.
Pochłania cząstkę w całości i mierzy wydzieloną energię w gigaelektronowoltach. Tak właśnie znaleziono bozon Higgsa przy 125 GeV.
05 · Zasady zapisu
e małe, V wielkie, przedrostek przed obiema
Oznaczenie pisze się łącznie: keV, MeV, GeV — przedrostek staje przed całą jednostką, a nie między jej literami. Wielkie E znaczyłoby eksa, małe v nic. W tekście ciągłym dopuszcza się rodzimy zapis nazwy, ale we wzorach i tablicach lepszy jest symbol łaciński.
W fizyce cząstek przyjęto układ, w którym c = 1, i masę pisze się po prostu w GeV bez dzielenia przez kwadrat prędkości światła. Poza tą dziedziną c² opuszczać nie wolno: eV i eV/c² to różne wielkości.
06 · Jednostki sąsiednie
Elektronowolt stoi na styku trzech jednostek SI: ładunek elektronu daje mnożnik, wolt — definicję, dżul — wynik. Przez stałe Plancka i Boltzmanna przelicza się na częstotliwość i temperaturę.
W 300 K energia cieplna kT wynosi 25,9 meV — ta wartość wyznacza skalę zjawisk cieplnych w elektronice i chemii.
07 · Dział historyczny
Sąsiedzi na skalach atomowych
Jednostka energii układu CGS. Dla skal atomowych okazała się o wiele za duża: elektronowolt jest sześćset miliardów razy mniejszy od erga.
Energia jonizacji wodoru: 13,6 eV. Widma atomowe do dziś liczy się w rydbergach i odwrotnych centymetrach.
Atomowa jednostka energii, dwa razy większa od rydberga. Rachunki cząsteczkowe prowadzi się właśnie w niej — tak z równań znikają wszystkie stałe.
Energia wiązania w przeliczeniu na mol substancji. Biochemia i chemia organiczna trzymają się jej, fizyka przeszła na elektronowolty.
Jednostka spoza SI, która w 2019 roku stała się dokładniejsza od dżula
Przed reformą SI elektronowolt był przybliżony: jego wartość zależała od zmierzonego ładunku elektronu i poprawiano ją po każdym nowym doświadczeniu. W 2019 roku ładunek elementarny ustalono definicją — dokładnie 1,602 176 634·10⁻¹⁹ kulomba — i współczynnik przeliczenia elektronowoltów na dżule stał się liczbą dokładną, bez niepewności. Wyszła osobliwa rzecz: jednostka spoza SI, którą SI jedynie «dopuszcza do stosowania», wiąże się teraz z dżulem zupełnie ściśle, podczas gdy wiele wielkości wewnątrz samego układu mierzy się z ograniczoną dokładnością.
Katalog · jednostki miary
Karta dla każdej wielkości
Siedem jednostek podstawowych SI, dwadzieścia dwie pochodne z własnymi nazwami oraz jednostki spoza układu, bez których nie obejdzie się ani technika, ani życie codzienne. Każda ma osobny arkusz: definicja, przeliczanie, przyrządy, zasady zapisu. W 36 językach.
Jednostki spoza SI
otworzyć kartę elektronowoltaJednostki podstawowe SI
terakotą — te, które stoją za elektronowoltemJednostki pochodne SI z własną nazwą
dwadzieścia dwie kartyJęzyk karty
36 języków. Oznaczenie eV i wzory nie są tłumaczone — są takie same we wszystkich językach; tłumaczy się prozę, przykłady i zasady zapisu właściwe danemu pismu.