Электронвольт
Внесистемная единица, допущенная к применению · величина: энергия
01 · Определение
Электронвольт родился в лабораториях ускорителей: считать энергию частиц в джоулях так же неудобно, как расстояние между городами в микронах.
Один электронвольт — энергия, которую приобретает электрон, пройдя разность потенциалов в один вольт. Определение прямо переводится в число: заряд электрона, умноженный на вольт, даёт 1,602 176 634·10⁻¹⁹ джоуля — с 2019 года это точное значение, потому что элементарный заряд закреплён определением ампера. Единица покрывает всю физику малых масштабов: энергия связи молекулы — единицы электронвольт, рентгеновский квант — десятки килоэлектронвольт, протон в Большом адронном коллайдере — семь тераэлектронвольт.
Энергию фотона в электронвольтах даёт число 1240, делённое на длину волны в нанометрах. Зелёный свет 550 нм — это 2,25 eV, а всё видимое укладывается между 1,65 и 3,26 eV. Одно число заменяет постоянную Планка в кармане.
02 · Пересчёт
Введите энергию — паспорт пересчитает
Электронвольт единственный удобно переводится сразу в четыре шкалы: энергию, температуру, длину волны и массу. Физики пользуются всеми четырьмя как синонимами — «переход на два электронвольта» и «линия на 620 нанометров» описывают одно и то же.
Через E = mc² электронвольт становится и мерой массы. Электрон весит 511 keV/c², протон — 938 MeV/c², бозон Хиггса — 125 GeV/c². В физике частиц деление на c² обычно опускают.
| Единица | Название | Значение | Где встречается |
|---|---|---|---|
| eV | электронвольт | 1 | связь молекулы, спектры атомов |
| meV | миллиэлектронвольт | 1000 | колебания решётки, тепловой шум |
| keV | килоэлектронвольт | 0,001 | рентген, внутренние оболочки |
| MeV | мегаэлектронвольт | 1·10⁻⁶ | ядерные переходы, массы частиц |
| GeV | гигаэлектронвольт | 1·10⁻⁹ | коллайдеры, масса протона |
| TeV | тераэлектронвольт | 1·10⁻¹² | предел ускорителей, космические лучи |
Одна и та же строка читается четырьмя способами: как энергия, как длина волны фотона, как температура kT и как масса в eV/c². Физики пользуются ими как синонимами.
03 · Порядки величин
от теплового шума до космических лучейхимическая связь и видимый свет
04 · Приборы измерения
Чем измеряют электронвольты
Раскладывает излучение по энергиям квантов. Германиевый детектор различает линии с точностью до килоэлектронвольта.
Энергия пучка задаётся суммарным напряжением, которое частица прошла: отсюда единица и получила имя. LHC разгоняет протон до 7 TeV.
Измеряет энергию электронов, выбитых светом: разница между квантом и кинетической энергией даёт энергию связи в веществе.
Поглощает частицу целиком и меряет выделенную энергию в гигаэлектронвольтах. Так и нашли бозон Хиггса на 125 GeV.
05 · Правила записи
e строчная, V заглавная, приставка перед обеими
Символ пишется слитно: keV, MeV, GeV — приставка встаёт перед всей единицей, а не между буквами. Заглавная E означала бы эксу, строчная v — ничего. В русском тексте допускается «эВ», но в формулах и таблицах предпочтителен латинский символ.
В физике частиц принята система, где c = 1, и массу пишут просто в GeV без деления на квадрат скорости света. За пределами этой области опускать c² нельзя: eV и eV/c² — разные величины.
06 · Соседние единицы
Электронвольт стоит на стыке трёх единиц СИ: заряд электрона задаёт множитель, вольт — определение, джоуль — результат. Через постоянные Планка и Больцмана он переводится в частоту и температуру.
задаёт разгон
e · V
1,602·10⁻¹⁹
При 300 K тепловая энергия kT составляет 25,9 meV — эта величина задаёт масштаб тепловых процессов в электронике и химии.
07 · Исторический раздел
Соседи по атомным шкалам
Единица энергии системы СГС. Для атомных масштабов оказалась слишком крупной: электронвольт меньше эрга в шестьсот миллиардов раз.
Энергия ионизации водорода: 13,6 eV. Атомные спектры до сих пор считают в ридбергах и обратных сантиметрах.
Атомная единица энергии, вдвое больше ридберга. Расчёты молекул ведут именно в ней — так исчезают все константы из уравнений.
Энергия связи в расчёте на моль вещества. Биохимия и органическая химия держатся за неё, физика перешла на электронвольты.
Внесистемная единица, которая в 2019 году стала точнее джоуля
До реформы СИ электронвольт был приблизительным: его значение зависело от измеренного заряда электрона и уточнялось с каждым новым экспериментом. В 2019 году элементарный заряд закрепили определением — ровно 1,602 176 634·10⁻¹⁹ кулона — и переводной коэффициент из электронвольт в джоули стал точным числом без погрешности. Получилась любопытная ситуация: внесистемная единица, которую СИ лишь «допускает к применению», теперь связана с джоулем абсолютно строго, тогда как многие величины внутри самой системы измеряются с конечной точностью.
Каталог · единицы измерения
Паспорт на каждую величину
Семь базовых единиц СИ, двадцать две производные с собственными именами и внесистемные единицы, без которых не обходится ни техника, ни быт. Каждая — отдельный лист: определение, пересчёт, приборы, правила записи. На 5 языках.
Внесистемные единицы
откройте паспорт электронвольтаБазовые единицы СИ
терракотой — те, что стоят за электронвольтомПроизводные СИ с собственным именем
двадцать два листаЯзык паспорта
5 языков. Символ eV и формулы не переводятся — они одинаковы во всех локалях; переводится описание, примеры и правила записи для конкретной письменности.