Электро́нво́льт (редко электроновольт; русское обозначение: эВ, международное: eV) — внесистемная единица энергии, используемая в атомной и ядерной физике, в физике элементарных частиц и в близких и родственных областях науки (биофизике, физической химии, астрофизике и т. п.). В Российской Федерации электронвольт допущен к использованию в качестве внесистемной единицы без ограничения срока с областью применения «физика».
Основные сведения
Один электронвольт равен энергии, необходимой для переноса элементарного заряда в электростатическом поле между точками с разницей потенциалов в 1 В. Так как работа при переносе заряда q равна qU (где U — разность потенциалов), а
В физике элементарных частиц в электронвольтах (и производных единицах) обычно выражается не только энергия, но и масса элементарных частиц, исходя из эквивалентности массы и энергии Е = mc² (или m = E/c²), где c — скорость света. Поэтому массу частиц корректнее выражать в эВ/c2, но делитель c2, там, где не может возникнуть двусмысленности, обычно опускают. В единицах массы 1 эВ = 1,782 661 845(39)·10−36 кг, и напротив, 1 кг = 5,609 588 85(12)·1035 эВ. 1 а. е. м. = 931,494 061(21) МэВ.Импульс элементарной частицы также может быть выражен в электронвольтах (строго говоря, в эВ/c).
Электронвольт по сравнению с энергиями, характерными для большинства ядерных процессов, — маленькая величина, в этой области физики обычно применяются кратные единицы:
- килоэлектронвольт (кэВ) — 1000 эВ,
- мегаэлектронвольт (МэВ) — 1 млн электронвольт,
- гигаэлектронвольт (ГэВ) — 1 млрд электронвольт.
Последнее поколение ускорителей элементарных частиц позволяет достичь нескольких триллионов электронвольт (тераэлектронвольт, ТэВ). Один ТэВ приблизительно равен (кинетической) энергии летящего комара.
Температура, которая является мерой средней кинетической энергии частиц, тоже иногда выражается в электронвольтах, исходя из соотношения температуры и энергии частиц в одноатомном идеальном газе Eкин=3⁄2kТ. В температурных единицах 1 эВ соответствует 11 604,519(11) кельвин (см. постоянная Больцмана).
В химии часто используется молярный эквивалент электронвольта. Если один моль электронов перенесён между точками с разностью потенциалов 1 В, он приобретает (или теряет) энергию Q = 96 485,3365(21) Дж, равную произведению 1 эВ на число Авогадро. Эта величина численно равна постоянной Фарадея. Аналогично, если при химической реакции в одном моле вещества выделяется (или поглощается) энергия 96,5 кДж, то соответственно каждая молекула теряет (или получает) около 1 эВ.
В электронвольтах измеряется также ширина распада Γ элементарных частиц и других квантовомеханических состояний, например ядерных энергетических уровней. Ширина распада — это неопределённость энергии состояния, связанная с временем жизни состояния τ соотношением неопределённостей: Γ = ħ/τ). Частица с шириной распада 1 эВ имеет время жизни 6,582 119 28(15)·10−16 с. Аналогично квантовомеханическое состояние с временем жизни 1 с имеет ширину 6,582 119 28(15)·10−16 эВ.
Одним из первых термин «электронвольт» применил американский инженер K. K. Darrow в 1923 году.
Кратные и дольные единицы
В ядерной физике и физике высоких энергий обычно используются производные единицы: килоэлектронвольты (кэВ, keV, 103 эВ), мегаэлектронвольты (МэВ, MeV, 106 эВ), гигаэлектронвольты (ГэВ, GeV, 109 эВ) и тераэлектронвольты (ТэВ, TeV, 1012 эВ). В физике космических лучей, кроме того, используются петаэлектронвольты (ПэВ, PeV, 1015 эВ) и эксаэлектронвольты (ЭэВ, EeV, 1018 эВ). В зонной теории твердого тела, физике полупроводников и физике нейтрино — миллиэлектронвольты (мэВ, meV, 10−3 эВ).
| Кратные | Дольные | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| величина | название | обозначение | величина | название | обозначение | ||
| 101 эВ | декаэлектронвольт | даэВ | daeV | 10−1 эВ | дециэлектронвольт | дэВ | deV |
| 102 эВ | гектоэлектронвольт | гэВ | heV | 10−2 эВ | сантиэлектронвольт | сэВ | ceV |
| 103 эВ | килоэлектронвольт | кэВ | keV | 10−3 эВ | миллиэлектронвольт | мэВ | meV |
| 106 эВ | мегаэлектронвольт | МэВ | MeV | 10−6 эВ | микроэлектронвольт | мкэВ | µeV |
| 109 эВ | гигаэлектронвольт | ГэВ | GeV | 10−9 эВ | наноэлектронвольт | нэВ | neV |
| 1012 эВ | тераэлектронвольт | ТэВ | TeV | 10−12 эВ | пикоэлектронвольт | пэВ | peV |
| 1015 эВ | петаэлектронвольт | ПэВ | PeV | 10−15 эВ | фемтоэлектронвольт | фэВ | feV |
| 1018 эВ | эксаэлектронвольт | ЭэВ | EeV | 10−18 эВ | аттоэлектронвольт | аэВ | aeV |
| 1021 эВ | зеттаэлектронвольт | ЗэВ | ZeV | 10−21 эВ | зептоэлектронвольт | зэВ | zeV |
| 1024 эВ | иоттаэлектронвольт | ИэВ | YeV | 10−24 эВ | иоктоэлектронвольт | иэВ | yeV |
| применять не рекомендуется | |||||||
Некоторые значения энергий и масс в электронвольтах
| Энергия кванта электромагнитного излучения с частотой 1 ТГц | |
| Тепловая энергия поступательного движения одной молекулы при комнатной температуре | |
| Энергия кванта оптического излучения с длиной волны 1240 нм | |
| Энергия ионизации атома водорода | |
| Энергия электрона в лучевой трубке телевизора | |
| Энергии космических лучей | |
| альфа-частицы | |
| бета-частицы и гамма-лучи | |
| Нейтрино | |
| Электрон | |
| Протон | |
| Бозон Хиггса | |
Комментариев нет:
Отправить комментарий