Электронвольт

Электро́нво́льт (редко электроновольт; русское обозначение: эВ, международное: eV) в 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.).

Основные сведения

Один электронвольт равен энергии, необходимой для переноса электрона в электростатическом поле между точками с разницей потенциалов в 1 В. Так как работа при переносе заряда q равна qU (где U в разность потенциалов), а заряд электрона составляет в1,602 176 487(40)·10^в19 Кл, то

1 эВ = 1,602 176 487(40)·10^в19 Дж = 1,602 176 487(40)·10^в12 эрг.

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 в скорость света. В единицах массы 1 эВ = 1,782 661 758(44)·10^в36 кг, и напротив, 1 кг = 5,609 589 12(14)·10³⁵ эВ. 1 а.е.м. = 931,4 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, в маленькая величина, в этой области физики обычно применяются кратные единицы:

• килоэлектронвольт (кэВ) в 1000 эВ,
• мегаэлектронвольт (МэВ) в 1 млн электронвольт,
• гигаэлектронвольт (ГэВ) в 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 E_кин=3/2kТ. В температурных единицах 1 эВ соответствует 11 604,505(20) кельвин (см. постоянная Больцмана). [1]

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 = 96 485,3383(83) 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 в это неопределённость энергии состояния, связанная с временем жизни состояния τ соотношением неопределённостей: $\Gamma = \hbar/\tau$). Частица с шириной распада 1 эВ имеет время жизни 6,582 118 89(26)·10^в16 с. Напротив, квантовомеханическое состояние с временем жизни 1 с имеет ширину 4,135 667 33(10)·10^в15 эВ.

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 в миллиэлектронвольты (мэВ, meV, 10^в3 эВ).

Кратные				Дольные
величина	название	обозначение		величина	название	обозначение
101 эВ	декаэлектронвольт	даэВ	daeV	10в1 эВ	дециэлектронвольт	дэВ	deV
102 эВ	гектоэлектронвольт	гэВ	heV	10в2 эВ	сантиэлектронвольт	сэВ	ceV
103 эВ	килоэлектронвольт	кэВ	keV	10в3 эВ	миллиэлектронвольт	мэВ	meV
106 эВ	мегаэлектронвольт	МэВ	MeV	10в6 эВ	микроэлектронвольт	мкэВ	µeV
109 эВ	гигаэлектронвольт	ГэВ	GeV	10в9 эВ	наноэлектронвольт	нэВ	neV
1012 эВ	тераэлектронвольт	ТэВ	TeV	10в12 эВ	пикоэлектронвольт	пэВ	peV
1015 эВ	петаэлектронвольт	ПэВ	PeV	10в15 эВ	фемтоэлектронвольт	фэВ	feV
1018 эВ	эксаэлектронвольт	ЭэВ	EeV	10в18 эВ	аттоэлектронвольт	аэВ	aeV
1021 эВ	зеттаэлектронвольт	ЗэВ	ZeV	10в21 эВ	зептоэлектронвольт	зэВ	zeV
1024 эВ	йоттаэлектронвольт	ИэВ	YeV	10в24 эВ	йоктоэлектронвольт	иэВ	yeV
применять не рекомендуется

Некоторые значения энергий и масс в электронвольтах

Тепловая энергия поступательного движения одной молекулы при комнатной температуре	0,025 эВ
Энергия ионизации атома водорода	13,6 эВ
Энергия электрона в лучевой трубке телевизора	Порядка 20 кэВ
Энергии космических лучей	1 МэВ в 1·1021 эВ
Типичная энергия ядерного распада
альфа-частицы	2-10 МэВ
бета-частицы и гамма-лучи	0-20 МэВ
Массы частиц
Нейтрино	0,2 - 2 эВ
Электрон	0,510998910(13) МэВ
Протон	938,272013(23) МэВ
Планковская масса
$M_P = \sqrt{\frac{\hbar c}{G}}$	≈ 1,2209·1019 ГэВ

Ссылки

• Он-лайн конвертор единиц электронвольт в другие системы счислений