Elektronvolt
Enhet utanför SI, tillåten att bruka · storhet: energi
01 · Definition
Elektronvolten föddes i acceleratorlaboratorierna: att räkna partiklarnas energi i joule är lika obekvämt som att ange avståndet mellan städer i mikrometer.
En elektronvolt är den energi en elektron vinner efter att ha passerat en potentialskillnad på en volt. Definitionen blir genast ett tal: elektronens laddning gånger volten ger 1,602 176 634·10⁻¹⁹ joule — sedan 2019 ett exakt värde, eftersom elementarladdningen är fastlagd genom amperens definition. Enheten täcker hela de små skalornas fysik: bindningsenergin hos en molekyl är några elektronvolt, ett röntgenkvantum tiotals kiloelektronvolt, en proton i Stora hadronkollideraren sju teraelektronvolt.
En fotons energi i elektronvolt är 1240 delat med våglängden i nanometer. Grönt ljus vid 550 nm är 2,25 eV, och allt synligt ryms mellan 1,65 och 3,26 eV. Ett enda tal ersätter Plancks konstant i fickan.
02 · Omräkning
Skriv in en energi — bladet räknar om den
Elektronvolten är den enda enhet som bekvämt översätts till fyra skalor på en gång: energi, temperatur, våglängd och massa. Fysiker använder alla fyra som synonymer — «en övergång vid två elektronvolt» och «en linje vid 620 nanometer» beskriver samma sak.
Genom E = mc² blir elektronvolten också ett mått på massa. Elektronen väger 511 keV/c², protonen 938 MeV/c², higgsbosonen 125 GeV/c². Inom partikelfysiken utelämnas divisionen med c² för det mesta.
| Enhet | Namn | Värde | Var den förekommer |
|---|---|---|---|
| eV | elektronvolt | 1 | molekylbindningar, atomspektra |
| meV | millielektronvolt | 1000 | gittersvängningar, termiskt brus |
| keV | kiloelektronvolt | 0,001 | röntgen, inre skal |
| MeV | megaelektronvolt | 1·10⁻⁶ | kärnövergångar, partikelmassor |
| GeV | gigaelektronvolt | 1·10⁻⁹ | kollideare, protonens massa |
| TeV | teraelektronvolt | 1·10⁻¹² | acceleratorernas gräns, kosmisk strålning |
En och samma rad läses på fyra sätt: som energi, som en fotons våglängd, som temperatur kT och som massa i eV/c². Fysiker använder dem som synonymer.
03 · Storleksordningar
från termiskt brus till kosmisk strålningkemisk bindning och synligt ljus
04 · Mätinstrument
Vad man mäter elektronvolt med
Delar upp strålningen efter kvantans energi. En germaniumdetektor skiljer linjer på en kiloelektronvolt när.
Strålens energi ges av den sammanlagda spänning partikeln har passerat: därav fick enheten sitt namn. LHC accelererar en proton till 7 TeV.
Mäter energin hos de elektroner ljuset slagit ut: skillnaden mellan kvantumet och rörelseenergin ger bindningsenergin i ämnet.
Slukar partikeln hel och mäter den frigjorda energin i gigaelektronvolt. Så fann man higgsbosonen vid 125 GeV.
05 · Skrivregler
e gement, V versalt, prefixet före båda
Beteckningen skrivs i ett: keV, MeV, GeV — prefixet står före hela enheten, inte mellan dess bokstäver. Ett versalt E skulle betyda exa, ett gement v ingenting. I löpande text är den egna stavningen av namnet tillåten, men i formler och tabeller är den latinska beteckningen att föredra.
Inom partikelfysiken gäller ett system där c = 1, och massan skrivs helt enkelt i GeV utan division med ljushastighetens kvadrat. Utanför det området får c² inte utelämnas: eV och eV/c² är olika storheter.
06 · Grannenheter
Elektronvolten står där tre SI-enheter möts: elektronens laddning ger faktorn, volten definitionen, joulen resultatet. Genom Plancks och Boltzmanns konstanter räknas den om till frekvens och temperatur.
Vid 300 K är den termiska energin kT 25,9 meV — det värdet sätter skalan för termiska förlopp inom elektronik och kemi.
07 · Historisk del
Grannar på de atomära skalorna
CGS-systemets energienhet. För atomära skalor visade den sig alldeles för grov: elektronvolten är sexhundra miljarder gånger mindre än ergen.
Vätets joniseringsenergi: 13,6 eV. Atomspektra räknas än i dag i rydberg och i inverterade centimeter.
Den atomära energienheten, dubbelt så stor som rydbergen. Molekylberäkningar görs just i den — så försvinner alla konstanter ur ekvationerna.
Bindningsenergi räknad per mol ämne. Biokemin och den organiska kemin håller fast vid den; fysiken har gått över till elektronvolt.
En enhet utanför SI som 2019 blev noggrannare än joulen
Före SI-reformen var elektronvolten ungefärlig: dess värde berodde på elektronens uppmätta laddning och justerades vid varje nytt försök. År 2019 fastlades elementarladdningen genom definition — precis 1,602 176 634·10⁻¹⁹ coulomb — och omräkningsfaktorn från elektronvolt till joule blev ett exakt tal utan osäkerhet. Ett märkligt läge uppstod: en enhet utanför SI, som SI blott «tillåter att bruka», hänger nu absolut strikt ihop med joulen, medan många storheter inom systemet självt mäts med ändlig noggrannhet.
Katalog · måttenheter
Ett datablad för varje storhet
Sju SI-basenheter, tjugotvå härledda med egna namn och de enheter utanför systemet som varken tekniken eller vardagen klarar sig utan. Var och en har sitt eget blad: definition, omräkning, instrument, skrivregler. På 36 språk.
Enheter utanför SI
öppna elektronvoltens bladSI-basenheter
i terrakotta — de som står bakom elektronvoltenHärledda SI-enheter med eget namn
tjugotvå bladDatabladets språk
36 språk. Beteckningen eV och formlerna översätts inte — de är desamma på alla språk; det som översätts är prosan, exemplen och skrivreglerna för respektive skrift.