Electrão-volt
Unidade fora do SI admitida ao uso · grandeza: energia
01 · Definição
O electrão-volt nasceu nos laboratórios de aceleradores: contar em joules a energia das partículas é tão incómodo como medir em mícrones a distância entre duas cidades.
Um electrão-volt é a energia que um electrão ganha ao percorrer uma diferença de potencial de um volt. A definição converte-se logo em número: a carga do electrão vezes o volt dá 1,602 176 634·10⁻¹⁹ joules — valor exacto desde 2019, porque a carga elementar ficou fixada pela definição do ampere. A unidade cobre toda a física das escalas pequenas: a energia de ligação de uma molécula são alguns electrões-volt, um quantum de raios X são dezenas de quiloelectrões-volt, um protão do Grande Colisionador de Hadrões são sete teraelectrões-volt.
A energia de um fotão em electrões-volt é 1240 dividido pelo comprimento de onda em nanómetros. A luz verde de 550 nm são 2,25 eV, e todo o visível cabe entre 1,65 e 3,26 eV. Um só número substitui a constante de Planck no bolso.
02 · Conversão
Escreva uma energia — a folha converte-a
O electrão-volt é a única unidade que se traduz comodamente em quatro escalas ao mesmo tempo: energia, temperatura, comprimento de onda e massa. Os físicos usam as quatro como sinónimos — «uma transição de dois electrões-volt» e «uma risca em 620 nanómetros» descrevem a mesma coisa.
Por E = mc² o electrão-volt torna-se também medida de massa. O electrão pesa 511 keV/c², o protão 938 MeV/c², o bosão de Higgs 125 GeV/c². Na física de partículas costuma omitir-se a divisão por c².
| Unidade | Nome | Valor | Onde aparece |
|---|---|---|---|
| eV | electrão-volt | 1 | ligações moleculares, espectros atómicos |
| meV | milielectrão-volt | 1000 | vibrações da rede, ruído térmico |
| keV | quiloelectrão-volt | 0,001 | raios X, camadas internas |
| MeV | megaelectrão-volt | 1·10⁻⁶ | transições nucleares, massas de partículas |
| GeV | gigaelectrão-volt | 1·10⁻⁹ | colisionadores, a massa do protão |
| TeV | teraelectrão-volt | 1·10⁻¹² | o limite dos aceleradores, raios cósmicos |
Uma mesma linha lê-se de quatro maneiras: como energia, como comprimento de onda de um fotão, como temperatura kT e como massa em eV/c². Os físicos usam-nas como sinónimos.
03 · Ordens de grandeza
do ruído térmico aos raios cósmicosligação química e luz visível
04 · Instrumentos de medição
Com que se medem os electrões-volt
Decompõe a radiação segundo a energia dos seus quanta. Um detector de germânio distingue as riscas até ao quiloelectrão-volt.
A energia do feixe é dada pela tensão total que a partícula percorreu: foi daí que a unidade tirou o nome. O LHC acelera um protão até 7 TeV.
Mede a energia dos electrões arrancados pela luz: a diferença entre o quantum e a energia cinética dá a energia de ligação na substância.
Absorve a partícula inteira e mede a energia libertada em gigaelectrões-volt. Foi assim que se achou o bosão de Higgs em 125 GeV.
05 · Regras de escrita
e minúsculo, V maiúsculo, o prefixo antes de ambos
O símbolo escreve-se seguido: keV, MeV, GeV — o prefixo põe-se antes de toda a unidade, não entre as suas letras. Um E maiúsculo significaria exa; um v minúsculo, nada. No texto corrido admite-se a grafia local do nome, mas em fórmulas e tabelas é preferível o símbolo latino.
Na física de partículas vigora um sistema em que c = 1, e a massa escreve-se simplesmente em GeV sem dividir pelo quadrado da velocidade da luz. Fora desse campo não se pode omitir o c²: eV e eV/c² são grandezas diferentes.
06 · Unidades vizinhas
O electrão-volt está na junção de três unidades do SI: a carga do electrão dá o factor, o volt a definição, o joule o resultado. Pelas constantes de Planck e de Boltzmann converte-se em frequência e em temperatura.
A 300 K a energia térmica kT vale 25,9 meV — este valor fixa a escala dos processos térmicos na electrónica e na química.
07 · Secção histórica
Vizinhas nas escalas atómicas
A unidade de energia do sistema CGS. Para as escalas atómicas revelou-se grande demais: o electrão-volt é seiscentos mil milhões de vezes menor que o ergue.
A energia de ionização do hidrogénio: 13,6 eV. Os espectros atómicos continuam a contar-se em rydbergs e em centímetros inversos.
A unidade atómica de energia, o dobro do rydberg. Os cálculos de moléculas fazem-se justamente nela — assim desaparecem todas as constantes das equações.
Energia de ligação por mole de substância. A bioquímica e a química orgânica agarram-se a ela; a física passou aos electrões-volt.
Uma unidade fora do SI que em 2019 se tornou mais exacta que o joule
Antes da reforma do SI o electrão-volt era aproximado: o seu valor dependia da carga medida do electrão e afinava-se a cada nova experiência. Em 2019 a carga elementar ficou fixada por definição — exactamente 1,602 176 634·10⁻¹⁹ coulomb — e o factor de conversão de electrões-volt em joules passou a ser um número exacto, sem incerteza. Deu-se uma situação curiosa: uma unidade fora do SI, que o SI apenas «admite ao uso», está agora ligada ao joule com rigor absoluto, ao passo que muitas grandezas dentro do próprio sistema se medem com exactidão finita.
Catálogo · unidades de medida
Uma ficha para cada grandeza
Sete unidades de base do SI, vinte e duas derivadas com nome próprio e as unidades fora do sistema sem as quais não passam nem a técnica nem o dia a dia. Cada uma tem a sua folha: definição, conversão, instrumentos, regras de escrita. Em 36 idiomas.
Unidades fora do SI
abrir a folha do electrão-voltUnidades de base do SI
a terracota, as que estão atrás do electrão-voltUnidades derivadas do SI com nome próprio
vinte e duas folhasIdioma da ficha
36 línguas. O símbolo eV e as fórmulas não se traduzem — são iguais em todas as línguas; traduzem-se a prosa, os exemplos e as regras de escrita próprias de cada escrita.