- Электронвольт
-
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.).
Содержание
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 элементарный заряд частиц, например, электрона составляет −1,602 176 565(35)·10−19 Кл, то:
В физике элементарных частиц в электронвольтах (и производных единицах) обычно[1] выражается не только энергия, но и масса элементарных частиц[2][3], 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[4] 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[5].
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[6]. В температурных единицах 1 эВ соответствует 11 604,519(11) 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 = 96 485,3365(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.
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 йоттаэлектронвольт ИэВ YeV 10−24 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 — 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 Бозон Хиггса 125 - 126 ГэВ[7] Планковская масса 
≈ 1,2209·1019 ГэВ Примечания
- ↑ Научно-популярный доклад на Президиуме РАН Л. Б. Окуня
- ↑ Физическая энциклопедия / гл. ред. А.М. Прохоров. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. — Т. 5. — С. 545. — 691 с.
- ↑ В учебной и научно-популярной литературе массы элементарных частиц чаще выражаются в единицах СИ или в а. е. м.
- ↑ В результате получаем выражение массы в единицах энергии отнесенных к квадрату скорости света, но при этом коэффициент c² опускают, подразумевая использование естественных единиц, в которых скорость света является единичной и безразмерной величиной.
- ↑ CERN — Glossary: «Electronvolt (eV): A unit of energy or mass used in particle physics». (англ.)
- ↑ Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.
- ↑ CERN experiments observe particle consistent with long-sought Higgs boson - Пресс-релиз CERN, 4.07.2012
Ссылки
Категории:- Единицы измерения энергии
- Единицы измерения массы
- Единицы измерения температуры
Wikimedia Foundation. 2010.
