Electronvolt
Đơn vị ngoài SI được chấp nhận dùng · đại lượng: năng lượng
01 · Định nghĩa
Electronvolt ra đời trong các phòng thí nghiệm máy gia tốc: đếm năng lượng của hạt bằng joule cũng bất tiện như đo khoảng cách giữa các thành phố bằng micron.
Một electronvolt là năng lượng mà một electron thu được sau khi đi qua hiệu điện thế một vôn. Định nghĩa hoá ngay thành con số: điện tích electron nhân với vôn cho 1,602 176 634·10⁻¹⁹ joule — từ năm 2019 là giá trị chính xác, bởi điện tích nguyên tố đã được cố định bằng định nghĩa ampe. Đơn vị này bao trùm toàn bộ vật lí của những thang nhỏ: năng lượng liên kết của một phân tử là vài electronvolt, một lượng tử tia X là hàng chục kilo electronvolt, một proton trong Máy Va chạm Hadron Lớn là bảy tera electronvolt.
Năng lượng của photon tính bằng electronvolt là 1240 chia cho bước sóng tính bằng nanomet. Ánh sáng lục 550 nm là 2,25 eV, và tất cả những gì thấy được nằm giữa 1,65 và 3,26 eV. Một con số thay cho hằng số Planck trong túi.
02 · Quy đổi
Nhập một năng lượng — phiếu sẽ quy đổi
Electronvolt là đơn vị duy nhất quy đổi tiện lợi sang bốn thang cùng lúc: năng lượng, nhiệt độ, bước sóng và khối lượng. Các nhà vật lí dùng cả bốn như những từ đồng nghĩa — «chuyển dời ở hai electronvolt» và «vạch ở 620 nanomet» nói về cùng một điều.
Qua E = mc², electronvolt trở thành cả thước đo khối lượng. Electron nặng 511 keV/c², proton 938 MeV/c², boson Higgs 125 GeV/c². Trong vật lí hạt, phép chia cho c² thường được bỏ đi.
| Đơn vị | Tên | Giá trị | Gặp ở đâu |
|---|---|---|---|
| eV | electronvolt | 1 | liên kết phân tử, phổ nguyên tử |
| meV | mili electronvolt | 1000 | dao động mạng, nhiễu nhiệt |
| keV | kilo electronvolt | 0,001 | tia X, các lớp vỏ trong |
| MeV | mega electronvolt | 1·10⁻⁶ | chuyển dời hạt nhân, khối lượng các hạt |
| GeV | giga electronvolt | 1·10⁻⁹ | máy va chạm, khối lượng proton |
| TeV | tera electronvolt | 1·10⁻¹² | giới hạn của máy gia tốc, tia vũ trụ |
Cùng một dòng đọc được theo bốn cách: như năng lượng, như bước sóng của photon, như nhiệt độ kT và như khối lượng theo eV/c². Các nhà vật lí dùng chúng như từ đồng nghĩa.
03 · Bậc độ lớn
từ nhiễu nhiệt đến tia vũ trụliên kết hoá học và ánh sáng thấy được
04 · Dụng cụ đo
Đo electronvolt bằng gì
Trải bức xạ ra theo năng lượng của các lượng tử. Đầu dò germani phân biệt các vạch chính xác đến một kilo electronvolt.
Năng lượng của chùm do tổng hiệu điện thế mà hạt đã đi qua định ra: tên đơn vị chính từ đó mà có. LHC gia tốc proton đến 7 TeV.
Đo năng lượng của các electron bị ánh sáng đánh bật: hiệu giữa lượng tử và động năng cho năng lượng liên kết trong vật chất.
Nuốt trọn hạt và đo năng lượng giải phóng theo giga electronvolt. Boson Higgs đã được tìm thấy ở 125 GeV như thế.
05 · Quy tắc viết
e viết thường, V viết hoa, tiền tố đứng trước cả hai
Kí hiệu viết liền: keV, MeV, GeV — tiền tố đứng trước cả đơn vị, không nằm giữa các chữ cái. Chữ E hoa sẽ có nghĩa exa, chữ v thường chẳng có nghĩa gì. Trong văn xuôi được phép viết tên theo lối bản ngữ, nhưng trong công thức và bảng biểu nên dùng kí hiệu La-tinh.
Trong vật lí hạt người ta dùng hệ mà c = 1, và khối lượng viết đơn giản bằng GeV, không chia cho bình phương tốc độ ánh sáng. Ngoài lĩnh vực ấy không được bỏ c²: eV và eV/c² là hai đại lượng khác nhau.
06 · Các đơn vị lân cận
Electronvolt đứng ở chỗ giao của ba đơn vị SI: điện tích electron cho hệ số, vôn cho định nghĩa, joule cho kết quả. Qua các hằng số Planck và Boltzmann nó quy đổi thành tần số và nhiệt độ.
Ở 300 K, năng lượng nhiệt kT bằng 25,9 meV — giá trị này định ra thang của các quá trình nhiệt trong điện tử học và hoá học.
07 · Phần lịch sử
Hàng xóm trên các thang nguyên tử
Đơn vị năng lượng của hệ CGS. Với các thang nguyên tử nó hoá ra quá thô: electronvolt nhỏ hơn erg sáu trăm tỉ lần.
Năng lượng ion hoá của hiđrô: 13,6 eV. Phổ nguyên tử đến nay vẫn được tính bằng rydberg và centimet nghịch đảo.
Đơn vị nguyên tử của năng lượng, gấp đôi rydberg. Các tính toán phân tử được tiến hành đúng trong nó — nhờ vậy mọi hằng số biến khỏi phương trình.
Năng lượng liên kết tính trên mol chất. Hoá sinh và hoá hữu cơ vẫn bám lấy nó; vật lí đã chuyển sang electronvolt.
Một đơn vị ngoài SI năm 2019 trở nên chính xác hơn joule
Trước cuộc cải cách SI, electronvolt còn là gần đúng: giá trị của nó phụ thuộc vào điện tích electron đo được và được chỉnh lại sau mỗi thí nghiệm mới. Năm 2019, điện tích nguyên tố được cố định bằng định nghĩa — đúng 1,602 176 634·10⁻¹⁹ coulomb — và hệ số quy đổi từ electronvolt sang joule trở thành con số chính xác, không còn độ bất định. Một tình cảnh lạ lùng nảy sinh: một đơn vị ngoài SI, thứ mà SI chỉ «chấp nhận cho dùng», nay gắn với joule một cách hoàn toàn nghiêm ngặt, trong khi nhiều đại lượng ngay trong hệ lại chỉ đo được với độ chính xác hữu hạn.
Danh mục · đơn vị đo
Mỗi đại lượng một phiếu
Bảy đơn vị cơ bản của SI, hai mươi hai đơn vị dẫn xuất có tên riêng, và những đơn vị ngoài hệ mà cả kỹ thuật lẫn đời thường đều không thể thiếu. Mỗi đơn vị một tờ riêng: định nghĩa, quy đổi, dụng cụ, quy tắc viết. Bằng 36 ngôn ngữ.
Đơn vị ngoài SI
mở phiếu của electronvoltĐơn vị cơ bản của SI
màu đất nung là những đơn vị đứng sau electronvoltĐơn vị dẫn xuất SI có tên riêng
hai mươi hai phiếuNgôn ngữ của phiếu
36 ngôn ngữ. Kí hiệu eV và các công thức không dịch — chúng như nhau trong mọi ngôn ngữ; cái được dịch là văn xuôi, các ví dụ và quy tắc viết của từng hệ chữ.