Андрей Смирнов
Время чтения: ~23 мин.
Просмотров: 0

Ev — электронвольт. конвертер величин

Джоуль.

Джоуль – единица измерения работы, энергии и количества теплоты в Международной системе единиц (СИ). Имеет русское обозначение – Дж и международное обозначение – J.

Другие единицы измерения

Джоуль, как единица измерения:

Джоуль – единица измерения работы, энергии и количества теплоты в Международной системе единиц (СИ), названная в честь английского физика Джеймса Прескотта Джоуля.

Джоуль как единица измерения имеет русское обозначение – Дж и международное обозначение – J.

В классической физике джоуль равен работе, совершаемой при перемещении точки приложения силы, равной 1 (одному) ньютону (Н), на расстояние одного метра в направлении действия силы.

Дж = Н · м = кг · м2 / с2.

1 Дж = 1 Н · 1 м = 1 кг · 1 м2 / 1 с2.

В электричестве джоуль означает работу, которую совершают силы электрического поля за 1 секунду при напряжении в 1 вольт (В) для поддержания силы тока в 1 ампер (А). Это энергия, которая выделится за 1 секунду при прохождении тока через проводник силой тока 1 ампер (А) при напряжении 1 вольт (В).

В Международную систему единиц джоуль введён решением XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 году, одновременно с принятием системы СИ в целом. В соответствии с правилами СИ, касающимися производных единиц, названных по имени учёных, наименование единицы джоуль пишется со строчной буквы, а её обозначение – с заглавной (Дж). Такое написание обозначения сохраняется и в обозначениях других производных единиц, образованных с использованием джоуля.

В джоулях измеряют выполненную работу, энергию и количество теплоты.

Представление джоуля в других единицах измерения – формулы:

Через основные единицы системы СИ джоуль выражается следующим образом:

Дж = Н · м

Дж = кг · м2 / с2.

Дж = Вт / с.

Дж = А2 · Ом · с.

Дж = В2 · с / Ом.

Дж = Кл · В.

где  А – ампер, В – вольт, Дж – джоуль, Кл – кулон, м – метр, Н – ньютон, с – секунда, Вт – ватт, кг – килограмм, Ом – ом.

Перевод в другие единицы измерения:

1 Дж ≈ 6,24151 ⋅ 1018 эВ

1 МДж = 0,277(7) кВт · ч

1 кВт · ч = 3,6 МДж

1 Дж ≈ 0,238846 калориям

1 калория (международная) = 4,1868 Дж

1 килограмм-сила-метр (кгс·м) = 9,80665 Дж

1 Дж ≈ 0,101972 кгс·м

Кратные и дольные единицы:

Кратные и дольные единицы образуются с помощью стандартных приставок СИ.

Кратные Дольные
величина название обозначение величина название обозначение
101 Дж декаджоуль даДж daJ 10−1 Дж дециджоуль дДж dJ
102 Дж гектоджоуль гДж hJ 10−2 Дж сантиджоуль сДж cJ
103 Дж килоджоуль кДж kJ 10−3 Дж миллиджоуль мДж mJ
106 Дж мегаджоуль МДж MJ 10−6 Дж микроджоуль мкДж µJ
109 Дж гигаджоуль ГДж GJ 10−9 Дж наноджоуль нДж nJ
1012 Дж тераджоуль ТДж TJ 10−12 Дж пикоджоуль пДж pJ
1015 Дж петаджоуль ПДж PJ 10−15 Дж фемтоджоуль фДж fJ
1018 Дж эксаджоуль ЭДж EJ 10−18 Дж аттоджоуль аДж aJ
1021 Дж зеттаджоуль ЗДж ZJ 10−21 Дж зептоджоуль зДж zJ
1024 Дж иоттаджоуль ИДж YJ 10−24 Дж иоктоджоуль иДж yJ

Интересные примеры:

Дульная энергия пули при выстреле из автомата Калашникова – 2030 Дж.

Энергия, необходимая для нагрева 1 литра воды от 20 до 100 °C, составляет 3,35⋅105 Дж.

Энергия, выделяемая при взрыве 1 тонны тринитротолуола (тротиловый эквивалент), – 4,184⋅109 Дж.

Примечание:  Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

карта сайта

формула энергии закон джоуля ленца можно тепловой 1 м дж джоуль ленц закон равен 2 2 равен единица теплота масса тела сила количество теплоты работа кинетическая энергия в джоулях в секунду 10 5 8 6 20 200 100 виды сколько степени джоулейкилоджоули скорость в джоули в кг килограммы 3 4 джоуля

Коэффициент востребованности
3 492

Основные сведения

В физике элементарных частиц в электронвольтах обычно выражается не только энергия Е, но и масса m элементарных частиц. Основанием для этого служит тот факт, что в силу эквивалентности массы и энергии выполняется соотношение Е = mc2, где c — скорость света. Поскольку c — фундаментальная постоянная, не изменяющаяся ни при каких условиях, то указание в качестве характеристики массы частицы её энергии, выраженной в электронвольтах, однозначно определяет значение массы в любых традиционных единицах и к недоразумениям не приводит. В единицах массы 1 эВ = 1,782 661 907(11)·10−36кг, и напротив, 1 кг = 5,609 588 650(34)·1035 эВ. Атомная единица массы близка по значению к 1 ГэВ (с точностью около 7%): 1 а. е. м. = 931,494 0954(57) МэВ, и напротив, 1 ГэВ = 1,073 544 1105(66) а. е. м.. 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.
  • тераэлектронвольт (ТэВ) — 1 трлн 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 = 32. В температурных единицах 1 эВ соответствует 1,160 452 21(67)·104кельвин (см. постоянная Больцмана).

В электронвольтах выражают энергию квантов электромагнитного излучения (фотонов). Энергия фотонов с частотой ν в электронвольтах численно равна hν/EэВ, а излучения с длиной волны λ — hc/(λEэВ), где h — постоянная Планка, а EэВ — энергия, равная одному электронвольту, выраженная в единицах той же системы единиц, что и использованная для выражения h, ν и λ. Так как для ультрарелятивистских частиц, в том числе фотонов, λE = hc, то при вычислении энергии фотонов с известной длиной волны (и наоборот) часто полезен коэффициент пересчёта, представляющий собой выраженное в эВ·нм произведение постоянной Планка и скорости света:

hc = 1239,841 9739(76) эВ·нм ≈ 1240 эВ·нм.

Так, фотон с длиной волны 1 нм имеет энергию 1240 эВ; фотон с энергией 10 эВ имеет длину волны 124 нм и т. д.

В электронвольтах измеряется также работа выхода при внешнем фотоэффекте — минимальная энергия, необходимая для удаления электрона из вещества под действием света.

В химии часто используется молярный эквивалент электронвольта. Если один моль электронов или однозарядных ионов перенесён между точками с разностью потенциалов 1 В, он приобретает (или теряет) энергию Q = 96 485,332 89(59) 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 6,582 119 514(40)·10−16 с. Аналогично квантовомеханическое состояние с временем жизни 1 с имеет ширину 6,582 119 514(40)·10−16 эВ.

Одним из первых термин «электронвольт» применил американский физик и инженер в 1923 году.

Сравнение энергии

Частота фотона в зависимости от энергии частицы в электронвольтах . Энергия фотона изменяется только с частотой фотона, связанной с скоростью света постоянная. Это контрастирует с массивной частицей, энергия которой зависит от ее скорости и массы покоя . Легенда

γ: гамма-лучи MIR: средний инфракрасный HF: Высокая частота.
HX: Жесткие рентгеновские лучи FIR: Дальний инфракрасный порт MF: Средняя частота.
SX: мягкие рентгеновские лучи Радиоволны LF: низкая частота.
EUV: крайний ультрафиолет EHF: Чрезвычайно высокая частота. VLF: очень низкая частота.
NUV: ближний ультрафиолет SHF: сверхвысокая частота. VF / ULF: голосовая частота.
Видимый свет UHF: сверхвысокая частота. SLF: сверхнизкая частота.
NIR: ближний инфракрасный VHF: очень высокая частота. ELF: Чрезвычайно низкая частота.
Freq: частота
Энергия Источник
5,25 × 10 32  эВ полная энергия, выделяемая от устройства ядерного деления
мощностью 20  кт
1,22 × 10 28  эВ энергия Планка
10 Y эВ (1 × 10 25  эВ ) приблизительная энергия великого объединения
~ 624 E эВ (6,24 × 10 20  эВ ) энергия, потребляемая одной 100-ваттной лампочкой за одну секунду (100 Вт =100 Дж / с ≈6,24 × 10 20  эВ / с )
300 E эВ (3 × 10 20  эВ = ~50  Дж ) так называемая частица Oh-My-God (самая энергичная частица космических лучей из когда-либо наблюдавшихся)
2 ПэВ два петаэлектронвольта, самое высокоэнергетическое нейтрино, обнаруженное нейтринным телескопом IceCube в Антарктиде
14 ТэВ расчетная энергия столкновения протонов на Большом адронном коллайдере (работала примерно на половине этой энергии с 30 марта 2010 г., достигла 13 ТэВ в мае 2015 г.)
1 ТэВ триллион электронвольт, или 1.602 × 10 −7  Дж , о кинетической энергии летающего комара
172 ГэВ энергия покоя топ-кварка , самой тяжелой измеренной элементарной частицы
125,1 ± 0,2 ГэВ энергия, соответствующая массе бозона Хиггса , измеренная двумя отдельными детекторами на LHC с точностью лучше, чем 5 сигма
210 МэВ средняя энергия, выделяемая при делении одного атома
Pu-239
200 МэВ приблизительная средняя энергия, выделяемая при ядерном делении осколками деления одного атома U-235 .
105,7 МэВ энергия покоя мюона
17,6 МэВ средняя энергия , выделяемая в слиянии с дейтерием и тритием с образованием He-4 ; это0,41 ПДж на килограмм произведенной продукции
2 МэВ приблизительная средняя энергия, выделяемая в нейтроне ядерного деления, выделяемом одним атомом U-235 .
1,9 МэВ энергия покоя ап-кварка , кварка с наименьшей массой.
1 МэВ (1,602 × 10 −13  Дж ) примерно вдвое больше энергии покоя электрона
От 1 до 10 кэВ приблизительная тепловая температура, в системах ядерного синтеза , таких как ядро Солнца , магнитно-удерживаемая плазма , инерционное удержание и ядерное оружиеkBТ{\ displaystyle k_ {B} T}
13,6 эВ энергия, необходимая для ионизации атомарного водорода ; молекулярная энергия связи находится на порядок изОт 1 эВ до10 эВ на облигацию
1,6 эВ до3,4 эВ энергия фотона видимого света
<2 эВ приблизительная энергия покоя нейтрино
1,1 эВ энергия, необходимая для разрыва ковалентной связи в кремнииEграмм{\ displaystyle E_ {g}}
720 мэВ энергия, необходимая для разрыва ковалентной связи в германииEграмм{\ displaystyle E_ {g}}
25 мэВ Тепловая энергия , при комнатной температуре; одна молекула воздуха имеет среднюю кинетическую энергиюkBТ{\ displaystyle k_ {B} T} 38 мэВ
230 мкэВ Тепловая энергия, , из космического микроволнового фонаkBТ{\ displaystyle k_ {B} T}

На моль

Один моль частиц с энергией 1 эВ имеет энергию примерно 96,5 кДж — это соответствует постоянной Фарадея ( F ≈96 485  Кл моль -1 ), где энергия в джоулях n моль частиц, каждая с энергией E эВ, равна E · F · n .

Некоторые значения энергий и масс в электронвольтах

Энергия кванта электромагнитного излучения с частотой 1 ТГц
4,13 мэВ
Тепловая энергия поступательного движения одной молекулы при комнатной температуре
0,025 эВ
Энергия фотона с длиной волны 1240 нм (ближняя инфракрасная область оптического спектра)
1,0 эВ
Энергия фотона с длиной волны ~500 нм (граница зелёного и голубого цветов в видимом спектре)
~2,5 эВ
Энергия образования одной молекулы воды из водорода и кислорода
3,0 эВ
Постоянная Ридберга (почти равна энергии ионизации атома водорода)
13,605 693 009(84) эВ
Энергия электрона в лучевой трубке телевизора
Порядка 20 кэВ
Энергии космических лучей
1 МэВ — 1·1021 эВ
Типичная энергия ядерного распада
альфа-частицы
2—10 МэВ
бета-частицы
0,1—6 МэВ
гамма-лучи
0—5 МэВ
Массы частиц
Нейтрино
Сумма масс всех трёх ароматов < 0,28 эВ
Электрон
0,510 998 9461(31) МэВ
Протон
938,272 0813(58) МэВ
Бозон Хиггса
125,09 ± 0,24 ГэВ
t-кварк
173,315 ± 0,485 ± 1,23 ГэВ
Планковская масса
MP=ℏcG{\displaystyle M_{P}={\sqrt {\frac {\hbar c}{G}}}}
1,220 910(29)·1019 ГэВ

Кратные и дольные единицы

В ядерной физике и физике высоких энергий обычно используются кратные 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 — дольные единицы: 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

Кратные и дольные единицы

В соответствии с полным официальным описанием СИ, содержащемся в действующей редакции Брошюры СИ (фр. Brochure SI), опубликованной Международным бюро мер и весов (МБМВ), десятичные кратные и дольные единицы джоуля образуются с помощью стандартных приставок СИ. «Положение о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации», принятое Правительством Российской Федерации, предусматривает использование в РФ тех же приставок.

Кратные Дольные
величина название обозначение величина название обозначение
101 Дж декаджоуль даДж daJ 10−1 Дж дециджоуль дДж dJ
102 Дж гектоджоуль гДж hJ 10−2 Дж сантиджоуль сДж cJ
103 Дж килоджоуль кДж kJ 10−3 Дж миллиджоуль мДж mJ
106 Дж мегаджоуль МДж MJ 10−6 Дж микроджоуль мкДж µJ
109 Дж гигаджоуль ГДж GJ 10−9 Дж наноджоуль нДж nJ
1012 Дж тераджоуль ТДж TJ 10−12 Дж пикоджоуль пДж pJ
1015 Дж петаджоуль ПДж PJ 10−15 Дж фемтоджоуль фДж fJ
1018 Дж эксаджоуль ЭДж EJ 10−18 Дж аттоджоуль аДж aJ
1021 Дж зеттаджоуль ЗДж ZJ 10−21 Дж зептоджоуль зДж zJ
1024 Дж иоттаджоуль ИДж YJ 10−24 Дж иоктоджоуль иДж yJ
 применять

Температура

В определенных областях, таких как физика плазмы , удобно использовать электронвольт для выражения температуры. Электронвольт делится на постоянную Больцмана для преобразования в шкалу Кельвина :

1kBзнак равно1,602 176 634×10-19 Дж / эВ1,380 649×10-23 Дж / Кзнак равно11 604,518 12 К / эВ.{\ displaystyle {1 \ over k _ {\ text {B}}} = {1.602 \ 176 \ 634 \ times 10 ^ {- 19} {\ text {J / eV}} \ over 1.380 \ 649 \ times 10 ^ { -23} {\ text {J / K}}} = 11 \ 604.518 \ 12 {\ text {K / эВ}}.}

Где k B — постоянная Больцмана , K — Кельвин, J — Джоули, eV — электронвольты.

Предполагается, что k B используется для выражения температуры с помощью электронвольт, например, типичная термоядерная плазма с магнитным удержанием имеет вид15 кэВ ( килоэлектронвольт ), что равно 170 МК (миллион Кельвинов).

В качестве приближения: k B T составляет около0,025 эВ (≈290 К11604 К / эВ) при температуре 20 ° С .

Некоторые значения энергий и масс в электронвольтах

Энергия кванта электромагнитного излучения с частотой 1 ТГц
4,13 мэВ
Тепловая энергия поступательного движения одной молекулы при комнатной температуре
0,025 эВ
Энергия фотона с длиной волны 1240 нм (ближняя инфракрасная область оптического спектра)
1,0 эВ
Энергия фотона с длиной волны ~500 нм (граница зелёного и голубого цветов в видимом спектре)
~2,5 эВ
Энергия образования одной молекулы воды из водорода и кислорода
3,0 эВ
Постоянная Ридберга (почти равна энергии ионизации атома водорода)
13,605 693 122 994(26) эВ
Энергия электрона в лучевой трубке телевизора
Порядка 20 кэВ
Энергии космических лучей
1 МэВ — 1⋅1021 эВ
Типичная энергия ядерного распада
альфа-частицы
2—10 МэВ
бета-частицы
0,1—6 МэВ
гамма-лучи
0—5 МэВ
Массы частиц
Нейтрино
Сумма масс всех трёх ароматов < 0,28 эВ
Электрон
0,510 998 950 00(15) МэВ
Протон
938,272 088 16(29) МэВ
Бозон Хиггса
125,09 ± 0,24 ГэВ
t-кварк
173,315 ± 0,485 ± 1,23 ГэВ
Планковская масса
MP=ℏcG{\displaystyle M_{P}={\sqrt {\frac {\hbar c}{G}}}}
1,220 890(14)⋅1019 ГэВ

Определение

Электронвольт — это количество кинетической энергии, полученной или потерянной одним электроном, ускоряющимся из состояния покоя через разность электрических потенциалов в один вольт в вакууме. Следовательно, он имеет значение один вольт ,1 Дж / Кл , умноженное на элементарный заряд электрона e ,1,602 176 634 × 10 -19  С . Следовательно, один электронвольт равен1.602 176 634 × 10 −19  Дж .

Электронвольт, в отличие от вольта, не является единицей СИ . Электронвольт (эВ) — это единица измерения энергии, а вольт (В) — производная единица измерения электрического потенциала в системе СИ. Единицей измерения энергии в системе СИ является джоуль (Дж).

Основные сведения

В физике элементарных частиц в электронвольтах обычно выражается не только энергия Е, но и масса m элементарных частиц. Основанием для этого служит тот факт, что в силу эквивалентности массы и энергии выполняется соотношение Е = mc2, где c — скорость света. Поскольку c — фундаментальная постоянная, равная 299 792 458 м/с (точно), не изменяющаяся ни при каких условиях, то указание в качестве характеристики массы частицы её энергии, выраженной в электронвольтах, однозначно определяет значение массы в любых традиционных единицах и к недоразумениям не приводит. В единицах массы 1 эВ = 1,782 661 921…⋅10−36кг (точно), и напротив, 1 кг = 5,609 588 603…⋅1035 эВ (точно). Атомная единица массы близка по значению к 1 ГэВ (с погрешностью около 7 %): 1 а. е. м. = 931,494 102 42(28) МэВ, и напротив, 1 ГэВ = 1,073 544 102 33(32) а. е. м.. 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,
  • тераэлектронвольт (ТэВ) — 1 трлн электронвольт.

Последнее поколение ускорителей элементарных частиц позволяет достичь нескольких триллионов электронвольт (тераэлектронвольт, ТэВ). Один ТэВ приблизительно равен (кинетической) энергии летящего комара или энергии, выделяющейся при падении маленькой капли воды диаметром в 1 мм (массой ок. 0,5 мг) с высоты 3 см.

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 = 32. В температурных единицах 1 эВ соответствует 11 604,518 12… кельвин (точно) (см. постоянная Больцмана).

В электронвольтах выражают энергию квантов электромагнитного излучения (фотонов). Энергия фотонов с частотой ν в электронвольтах численно равна hν/EэВ, а излучения с длиной волны λ — hc/(λEэВ), где h — постоянная Планка, а EэВ — энергия, равная одному электронвольту, выраженная в единицах той же системы единиц, что и использованная для выражения h, ν и λ. Так как для ультрарелятивистских частиц, в том числе фотонов, λE = hc, то при вычислении энергии фотонов с известной длиной волны (и наоборот) часто полезен коэффициент пересчёта, представляющий собой выраженное в эВ·нм произведение постоянной Планка и скорости света:

hc = 1239,841 984… эВ·нм (точно) ≈ 1240 эВ·нм.

Так, фотон с длиной волны 1 нм имеет энергию 1240 эВ; фотон с энергией 10 эВ имеет длину волны 124 нм и т. д.

В электронвольтах измеряется также работа выхода при внешнем фотоэффекте — минимальная энергия, необходимая для удаления электрона из вещества под действием света.

В химии часто используется молярный эквивалент электронвольта. Если один моль электронов или однозарядных ионов перенесён между точками с разностью потенциалов 1 В, он приобретает (или теряет) энергию Q = 96 485,332 12… Дж (точно), 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 6,582 119 569…⋅10−16 с (точно). Аналогично квантовомеханическое состояние с временем жизни 1 с имеет ширину 6,582 119 569…⋅10−16 эВ (точно).

Одним из первых термин «электронвольт» применил американский физик и инженер в 1923 году.

Некоторые значения энергий и масс в электронвольтах

Энергия кванта электромагнитного излучения с частотой 1 ТГц
4,13 мэВ
Тепловая энергия поступательного движения одной молекулы при комнатной температуре
0,025 эВ
Энергия фотона с длиной волны 1240 нм (ближняя инфракрасная область оптического спектра)
1,0 эВ
Энергия фотона с длиной волны ~500 нм (граница зелёного и голубого цветов в видимом спектре)
~2,5 эВ
Энергия образования одной молекулы воды из водорода и кислорода
3,0 эВ
Постоянная Ридберга (почти равна энергии ионизации атома водорода)
13,605 693 009(84) эВ
Энергия электрона в лучевой трубке телевизора
Порядка 20 кэВ
Энергии космических лучей
1 МэВ — 1·1021 эВ
Типичная энергия ядерного распада
альфа-частицы
2—10 МэВ
бета-частицы
0,1—6 МэВ
гамма-лучи
0—5 МэВ
Массы частиц
Нейтрино
Сумма масс всех трёх ароматов < 0,28 эВ
Электрон
0,510 998 9461(31) МэВ
Протон
938,272 0813(58) МэВ
Бозон Хиггса
125,09 ± 0,24 ГэВ
t-кварк
173,315 ± 0,485 ± 1,23 ГэВ
Планковская масса
MP=ℏcG{\displaystyle M_{P}={\sqrt {\frac {\hbar c}{G}}}}
1,220 910(29)·1019 ГэВ

Кратные и дольные единицы

В ядерной физике и физике высоких энергий обычно используются кратные 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 — дольные единицы: 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

Примечания

  1. Электронвольт //  :  / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
  2. ↑ // Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. — Т. 5. Стробоскопические приборы — Яркость. — С. 545. — 760 с. — ISBN 5-85270-101-7.
  3. В учебной и научно-популярной литературе массы элементарных частиц чаще выражаются в единицах СИ или в а. е. м.
  4. Равна стандартной энтальпии образования воды в джоулях на моль, деленной на постоянную Авогадро и деленной на модуль заряда электрона в кулонах
  5.  (недоступная ссылка). Дата обращения 28 июня 2015.

Обзор

Электронвольт (eV) выступает единицей энергии, которую используют в физике для элементарных зарядов и электричества. Речь идет о количестве энергии, которую получает или теряет заряд электрона, смещающийся по одновольтному электрическому отличию потенциалов. Нужно знать, как перевести электронвольт в джоули. Значение – 1.602 × 10-19 Дж.

Электронвольт не входит в список официальных единиц, но стала полезной из-за применения в многочисленных экспериментах. Работающие с ускорителями частиц исследователи использовали соотношение энергии, заряда и разности потенциалов:

Е = qV.

Все расчеты были квантованы к элементарному заряду при конкретном напряжении, из-за чего электронвольт стали использовать как единицу измерения.

Масса

По эквивалентности массы и энергии электронвольт также является единицей массы . В физике элементарных частиц , где единицы массы и энергии часто меняются местами, принято выражать массу в единицах эВ / c 2 , где c — скорость света в вакууме (от E = mc 2 ). Обычно массу просто выражают через «эВ» как единицу массы , эффективно используя систему натуральных единиц с c, равным 1. Массовый эквивалент1 эВ / c 2 равно

1эВc2знак равно(1,602 176 634×10-19C)⋅1V(2,99 792 458×108мs)2знак равно1,782 661 92×10-36кг.{\ displaystyle 1 \; {\ text {eV}} / c ^ {2} = {\ frac {(1.602 \ 176 \ 634 \ times 10 ^ {- 19} \; {\ text {C}}) \ cdot 1 \; {\ text {V}}} {(2,99 \ 792 \ 458 \ times 10 ^ {8} \; {\ text {m}} / {\ text {s}}) ^ {2}}} = 1,782 \ 661 \ 92 \ times 10 ^ {- 36} \; {\ text {kg}}.}

Например, электрон и позитрон , каждый с массой0,511 МэВ / c 2 , может аннигилировать с образованием1.022 МэВ энергии. Протон имеет массу0,938 ГэВ / c 2 . В целом массы всех адронов порядка1 ГэВ / c 2 , что делает ГэВ (гигаэлектронвольт) удобной единицей массы для физики элементарных частиц:

1 ГэВ / c 2  =1,782 661 92 × 10 −27  кг .

Унифицированная атомная масса единицы (и), почти точно 1 грамм , разделенное на числа Авогадро , почти масса атома водорода , который является в основном , масса протона. Чтобы преобразовать в электронвольты, используйте формулу:

1 u = 931,4941 МэВ / c 2  =0,931 4941  ГэВ / c 2 .

Мощность в спорте

Оценивать работу с помощью мощности можно не только для машин, но и для людей и животных. Например, мощность, с которой баскетболистка бросает мяч, вычисляется с помощью измерения силы, которую она прикладывает к мячу, расстояния которое пролетел мяч, и времени, в течение которого эта сила была применена. Существуют сайты, позволяющие вычислить работу и мощность во время физических упражнений. Пользователь выбирает вид упражнений, вводит рост, вес, длительность упражнений, после чего программа рассчитывает мощность. Например, согласно одному из таких калькуляторов, мощность человека ростом 170 сантиметров и весом в 70 килограмм, который сделал 50 отжиманий за 10 минут, равна 39.5 ватта. Спортсмены иногда используют устройства для определения мощности, с которой работают мышцы во время физической нагрузки. Такая информация помогает определить, насколько эффективна выбранная ими программа упражнений.

Динамометры

Для измерения мощности используют специальные устройства — динамометры. Ими также можно измерять вращающий момент и силу. Динамометры используют в разных отраслях промышленности, от техники до медицины. К примеру, с их помощью можно определить мощность автомобильного двигателя. Для измерения мощности автомобилей используется несколько основных видов динамометров. Для того, чтобы определить мощность двигателя с помощью одних динамометров, необходимо извлечь двигатель из машины и присоединить его к динамометру. В других динамометрах усилие для измерения передается непосредственно с колеса автомобиля. В этом случае двигатель автомобиля через трансмиссию приводит в движение колеса, которые, в свою очередь, вращают валики динамометра, измеряющего мощность двигателя при различных дорожных условиях.

Этот динамометр измеряет крутящий момент, а также мощность силового агрегата автомобиля

Динамометры также используют в спорте и в медицине. Самый распространенный вид динамометров для этих целей — изокинетический. Обычно это спортивный тренажер с датчиками, подключенный к компьютеру. Эти датчики измеряют силу и мощность всего тела или отдельных групп мышц. Динамометр можно запрограммировать выдавать сигналы и предупреждения если мощность превысила определенное значение

Это особенно важно людям с травмами во время реабилитационного периода, когда необходимо не перегружать организм

Согласно некоторым положениям теории спорта, наибольшее спортивное развитие происходит при определенной нагрузке, индивидуальной для каждого спортсмена. Если нагрузка недостаточно тяжелая, спортсмен привыкает к ней и не развивает свои способности. Если, наоборот, она слишком тяжелая, то результаты ухудшаются из-за перегрузки организма. Физическая нагрузка во время некоторых упражнений, таких как велосипедный спорт или плавание, зависит от многих факторов окружающей среды, таких как состояние дороги или ветер. Такую нагрузку трудно измерить, однако можно выяснить с какой мощностью организм противодействует этой нагрузке, после чего изменять схему упражнений, в зависимости от желаемой нагрузки.

Автор статьи: Kateryna Yuri

Мощность бытовых электроприборов

На бытовых электроприборах обычно указана мощность. Некоторые светильники ограничивают мощность лампочек, которые в них можно использовать, например не более 60 ватт. Это сделано потому, что лампы более высокой мощности выделяют много тепла и светильник с патроном могут быть повреждены. Да и сама лампа при высокой температуре в светильнике прослужит недолго. В основном это проблема с лампами накаливания. Светодиодные, люминесцентные и другие лампы обычно работают с меньшей мощностью при одинаковой яркости и, если они используются в светильниках, предназначенных для ламп накаливания, проблем с мощностью не возникает.

Чем больше мощность электроприбора, тем выше потребление энергии, и стоимости использования прибора. Поэтому производители постоянно улучшают электроприборы и лампы. Световой поток ламп, измеряемый в люменах, зависит от мощности, но также и от вида ламп. Чем больше световой поток лампы, тем ярче выглядит ее свет. Для людей важна именно высокая яркость, а не потребляемая ламой мощность, поэтому в последнее время альтернативы лампам накаливания пользуются все большей популярностью. Ниже приведены примеры видов ламп, их мощности и создаваемый ими световой поток.

Расстояние

В физике элементарных частиц , система «естественных единиц» , в которой скорость света в вакууме с , и приведенная постоянная Планка ħ безразмерные и равным единице широко используется: с = ħ = 1 . В этих единицах и расстояния, и время выражаются в единицах обратной энергии (в то время как энергия и масса выражаются в одних и тех же единицах, см. Эквивалентность массы и энергии ). В частности, длины рассеяния частиц часто выражаются в единицах обратной массы частиц.

Вне этой системы единиц коэффициенты преобразования электронвольт, секунды и нанометра следующие:

ℏзнак равночас2πзнак равно1.054 571 817 646×10-34 J sзнак равно6,582 119 569 509×10-16 эВ с.{\ displaystyle \ hbar = {{h} \ over {2 \ pi}} = 1.054 \ 571 \ 817 \ 646 \ times 10 ^ {- 34} \ {\ mbox {J s}} = 6.582 \ 119 \ 569 \ 509 \ times 10 ^ {- 16} \ {\ mbox {эВ с}}.}

Приведенные выше соотношения также позволяют выразить среднее время жизни τ нестабильной частицы (в секундах) через ширину ее распада Γ (в эВ) через Γ = ħ / τ . Например, мезон B имеет время жизни 1,530 (9)  пикосекунд , средняя длина распада =459,7 мкм или шириной распада(4.302 ± 25) × 10 −4  эВ .

И наоборот, крошечные разности масс мезонов, ответственные за колебания мезонов , часто выражаются в более удобных обратных пикосекундах.

Энергия в электронвольтах иногда выражается через длину волны света с фотонами той же энергии:

1эВчасcзнак равно(1,602 176 634×10-19J)(2,99 792 458×1010смs)⋅(6,62 607 015×10-34J⋅s)≈8065.5439см-1.{\ displaystyle {\ frac {1 \; {\ text {eV}}} {hc}} = {\ frac {(1.602 \ 176 \ 634 \ times 10 ^ {- 19} \; {\ text {J}}) )} {(2,99 \ 792 \ 458 \ times 10 ^ {10} \; {\ text {cm}} / {\ text {s}}) \ cdot (6,62 \ 607 \ 015 \ times 10 ^ {- 34} \; {\ text {J}} \ cdot {\ text {s}})}} \ Thickapprox 8065.5439 \; {\ text {cm}} ^ {- 1}.}

Импульс

В физике высоких энергий электронвольт часто используется в качестве единицы количества движения . Разность потенциалов в 1 вольт заставляет электрон набирать количество энергии (т. Е.1 эВ ). Это приводит к использованию эВ (а также кэВ, МэВ, ГэВ или ТэВ) в качестве единиц импульса, поскольку подводимая энергия приводит к ускорению частицы.

Размерности единиц импульса L M T −1 . Размеры энергоблоков L 2 M T −2 . Затем разделение единиц энергии (например, эВ) на фундаментальную константу, которая имеет единицы скорости ( L T -1 ), облегчает необходимое преобразование использования единиц энергии для описания количества движения. В области физики частиц высоких энергий основной единицей скорости является скорость света в вакууме c .

Разделив энергию в эВ на скорость света, можно описать импульс электрона в единицах эВ / c .

Константа основной скорости c часто исключается из единиц количества движения путем определения единиц длины, так что значение c равно единице. Например, если сказать , что импульс p электрона равен1 ГэВ , то преобразование в МКС может быть достигнуто:

пзнак равно1ГэВcзнак равно(1×109)⋅(1,602 176 634×10-19C)⋅(1V)(2,99 792 458×108мs)знак равно5,344 286×10-19кг⋅мs.{\ displaystyle p = 1 \; {\ text {GeV}} / c = {\ frac {(1 \ times 10 ^ {9}) \ cdot (1.602 \ 176 \ 634 \ times 10 ^ {- 19} \; {\ text {C}}) \ cdot (1 \; {\ text {V}})} {(2,99 \ 792 \ 458 \ times 10 ^ {8} \; {\ text {m}} / {\ text {s}})}} = 5,344 \ 286 \ times 10 ^ {- 19} \; {\ text {kg}} \ cdot {\ text {m}} / {\ text {s}}.}
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации