Elektronvolt

Az elektronvolt egy SI-mértékegységrendszeren kívüli, csak az atom-, mag- és részecskefizikában, illetve a csillagászatban használható energia-mértékegység. Jele: eV. Használhatók vele az SI-prefixumok (keV = 1000 eV, MeV = 1 millió eV, GeV = 1 milliárd eV, TeV = 1 billió eV.).

Egy elektronvoltnak nevezzük azt az energiát, amelyet az elektron 1 V (megfelelő irányú) potenciálkülönbség hatására nyer.

1 eV = 1,602 176 634·10⁻¹⁹ J.

Mivel a munka a W=q·U képlet alapján számolható, egy gyorsított részecske energiája egyszerűen kiszámítható elektronvolt egységben. Például a kétszeresen pozitív α-részecske 200 V potenciálkülönbségen való gyorsításakor $2\cdot 200=400$ eV energiára gyorsul.

Az elektronvolt és a tömeg

Einstein speciális relativitáselmélete szerint az energia ekvivalens a tömeggel, csak egy állandó szorzóban (a fénysebesség négyzetében) tér el: E = m c². A részecskefizikusok ezért az eV/c² egységet használják a tömeg egységéül. Így például egyszerűen kiszámítható, hogy amikor az elektron és a pozitron találkozik, mivel mindkettőnek a tömege 511 keV/c², ezért 1,022 MeV energia keletkezik fotonok formájában. A proton tömege 0,938 GeV/c² (GeV), ami a magfizikában a GeV egységet nagyon kényelmessé teszi. (Részecske és magfizikában gyakran úgynevezett Planck-egységeket használnak, ahol c = 1, ilyenkor a tömegegység egyszerűen eV, keV, MeV, GeV, TeV.)

Átszámítás SI egységre:

1 eV/c² = 1,782 661 758(44) · 10⁻³⁶ kg

1 keV/c² = 1,782 661 758(44) · 10⁻³³ kg

1 MeV/c² = 1,782 661 758(44) · 10⁻³⁰ kg (nagyjából két elektrontömeg)

1 GeV/c² = 1,782 661 758(44) · 10⁻²⁷ kg (nagyjából protontömeg)

1 TeV/c² = 1,782 661 758(44) · 10⁻²⁴ kg

Értéke megtekinthető a NIST honlapján további átszámítási tényezők között

Lásd még nagyságrendek listája (tömeg).

Jelölése

A fenti jelölés nem felel meg a fizikában alkalmazott konvencióknak; első része ugyanis mértékegység, második része pedig egy fizikai mennyiség jele. Ennek ellenére a jelölést általánosan használják. Az IUPAC Green Book nem tartalmazza, alkalmazása tehát kérdéses. A Green Book az energiára vonatkozóan több jelölést tartalmaz, például E_g gap energy, E_d donor energy, E_a acceptor energy, E_F Fermi energy. Ezért érdemes olyan betűt használni indexként, amely más célra nem használatos, például E_f (az angol field; elektromos mező értelmében).

Ezt alkalmazva a tömeg így fejezhető ki: $m={\frac {E_{f}}{c^{2}}}$, ahol a kifejezés valamennyi eleme egy-egy fizikai mennyiség jele.

A probléma abból ered, hogy a Planck-egységek között a fénysebesség értéke 1 (egy).

Az elektronvolt és hőmérséklet

Összehasonlításul atombomba-robbanáskor a töltött részecskék mozgási energiája 0,3-től 3 MeV-ig terjed. Egy, a földi légkörben lévő molekula mozgási energiája nagyjából 0,025 eV.

Általában ahhoz, hogy a részecske kelvinben mért hőmérsékletét megkapjuk az elektronvoltban mért mozgási energiájából, 11 604-gyel kell szorozni (0,025 × 11 604 = 290 K). (Bővebben a Boltzmann-állandónál és a hőmérsékletnél.)

Az elektronvolthoz kapcsolódó mennyiségek

mennyiség	jelölése	SI érték
energia	eV	1,602 176 565(35)·10−19 J
tömeg	eV/c²	1,782 662·10−36 kg
nyomaték	eV/c	5,344 286·10−28 kg⋅m/s
hőmérséklet	eV/kB	11 604,505(20) K
idő	ħ/eV	6,582 119·10−16 s
hosszúság	ħc/eV	1,973 27·10−7 m

További információk

• 1 eV szemléltetése GIF-animációval
• Tömeg-töltés hányados angolul