Освітня платформа
Електронвольт
посилання
Електронвольт (еВ) — це одиниця вимірювання енергії, яка використовується в основному в атомній, молекулярній фізиці та фізиці елементарних частинок. Один електронвольт визначається як енергія, яку набуває електрон (або інша заряджена частинка) при прискоренні через різницю потенціалів в 1 вольт.
- 1 еВ = енергія, яку набуває електрон, коли його потенціал змінюється на 1 вольт при русі через різницю потенціалів.
\[
1 \, \text{еВ} = 1.602 \times 10^{-19} \, \text{джоулів}
\]
1. Фізика елементарних частинок:
Електронвольт часто використовується для вимірювання енергій елементарних частинок, таких як протони, нейтрони, електрони, а також для вимірювання енергії в результаті ядерних реакцій.
Наприклад:
- Масу електрона можна виразити в електронвольтах (масу часто вказують в одиницях енергії за допомогою знаменитого рівняння \(E = mc^2\)).
- Енергія фотонів у видимому спектрі світла зазвичай вимірюється в електронвольтах.
2. Атомна фізика:
У атомній фізиці енергетичні рівні атомів, зокрема енергія фотонів, що випромінюються або поглинаються атомами, часто виражаються в електронвольтах. Наприклад:
- Енергія випромінювання видимого світла від атома водню може бути в межах кількох еВ.
- Виведення енергій різних квантових переходів у атомах, молекул і ядер зазвичай відбувається в одиницях еВ.
3. Ядерна фізика:
В ядерній фізиці електронвольти використовуються для вимірювання енергії частинок, що виділяються при ядерних реакціях, а також для опису енергетичних рівнів в ядрі атома. Наприклад, реакція поділу або злиття атомних ядер може вивільняти енергію в межах кіловат або мільйонів еВ.
4. Фізика твердого тіла:
Електронвольти використовуються для опису енергій у кристалах, напівпровідниках і в інших матеріалах, наприклад:
- Ширина забороненої зони (band gap) у напівпровідниках часто вимірюється в еВ.
- Взаємодія електронів з дефектами у твердих тілах та інших матеріалах також описується в еВ.
1. Джоулі (Дж):
Як вже згадувалося:
\[
1 \, \text{еВ} = 1.602 \times 10^{-19} \, \text{Дж}
\]
2. Калорії (ккал):
Оскільки 1 калорія = 4.184 джоулі, можна перевести електронвольти в калорії:
\[
1 \, \text{еВ} = \frac{1.602 \times 10^{-19}}{4.184 \times 10^3} \, \text{ккал} \approx 3.83 \times 10^{-23} \, \text{ккал}
\]
3. Кілоджоулі (кДж):
Оскільки 1 кілоджоуль = 1000 джоулів, то:
\[
1 \, \text{еВ} = 1.602 \times 10^{-22} \, \text{кДж}
\]
1. Енергія фотона:
У видимому спектрі світла фотони можуть мати енергію в межах від кількох десятків до кількох електронвольтів. Наприклад, фотон з довжиною хвилі 500 нм (зелений світло) має енергію приблизно 2.48 еВ.
2. Енергія фотона рентгенівських променів:
Рентгенівські промені мають енергії в діапазоні від кількох десятків до кількох тисяч електронвольт. Наприклад, рентгенівський фотон може мати енергію від 100 еВ до 100 кеВ (кілоелектронвольт).
3. Вимірювання енергій частинок у прискорювачах:
У прискорювачах частинок, таких як LHC (Великого адронного колайдера), енергії частинок вимірюються в гігаелектронвольтах (ГеВ) або тераелектронвольтах (ТеВ). Наприклад, енергія пучка протонів у LHC досягає кількох Тераелектронвольт.
Визначення електронвольта:
1 електронвольт (еВ) — це енергія, яку набуває електрон при русі через електричне поле з різницею потенціалів у 1 вольт.- 1 еВ = енергія, яку набуває електрон, коли його потенціал змінюється на 1 вольт при русі через різницю потенціалів.
\[
1 \, \text{еВ} = 1.602 \times 10^{-19} \, \text{джоулів}
\]
Переведення електронвольтів в джоулі:
1 електронвольт (еВ) дорівнює 1.602 × 10⁻¹⁹ джоулів (Дж).Використання електронвольта:
1. Фізика елементарних частинок:
Електронвольт часто використовується для вимірювання енергій елементарних частинок, таких як протони, нейтрони, електрони, а також для вимірювання енергії в результаті ядерних реакцій.
Наприклад:
- Масу електрона можна виразити в електронвольтах (масу часто вказують в одиницях енергії за допомогою знаменитого рівняння \(E = mc^2\)).
- Енергія фотонів у видимому спектрі світла зазвичай вимірюється в електронвольтах.
2. Атомна фізика:
У атомній фізиці енергетичні рівні атомів, зокрема енергія фотонів, що випромінюються або поглинаються атомами, часто виражаються в електронвольтах. Наприклад:
- Енергія випромінювання видимого світла від атома водню може бути в межах кількох еВ.
- Виведення енергій різних квантових переходів у атомах, молекул і ядер зазвичай відбувається в одиницях еВ.
3. Ядерна фізика:
В ядерній фізиці електронвольти використовуються для вимірювання енергії частинок, що виділяються при ядерних реакціях, а також для опису енергетичних рівнів в ядрі атома. Наприклад, реакція поділу або злиття атомних ядер може вивільняти енергію в межах кіловат або мільйонів еВ.
4. Фізика твердого тіла:
Електронвольти використовуються для опису енергій у кристалах, напівпровідниках і в інших матеріалах, наприклад:
- Ширина забороненої зони (band gap) у напівпровідниках часто вимірюється в еВ.
- Взаємодія електронів з дефектами у твердих тілах та інших матеріалах також описується в еВ.
Переведення електронвольта в інші одиниці енергії:
1. Джоулі (Дж):
Як вже згадувалося:
\[
1 \, \text{еВ} = 1.602 \times 10^{-19} \, \text{Дж}
\]
2. Калорії (ккал):
Оскільки 1 калорія = 4.184 джоулі, можна перевести електронвольти в калорії:
\[
1 \, \text{еВ} = \frac{1.602 \times 10^{-19}}{4.184 \times 10^3} \, \text{ккал} \approx 3.83 \times 10^{-23} \, \text{ккал}
\]
3. Кілоджоулі (кДж):
Оскільки 1 кілоджоуль = 1000 джоулів, то:
\[
1 \, \text{еВ} = 1.602 \times 10^{-22} \, \text{кДж}
\]
Приклад застосування електронвольта:
1. Енергія фотона:
У видимому спектрі світла фотони можуть мати енергію в межах від кількох десятків до кількох електронвольтів. Наприклад, фотон з довжиною хвилі 500 нм (зелений світло) має енергію приблизно 2.48 еВ.
2. Енергія фотона рентгенівських променів:
Рентгенівські промені мають енергії в діапазоні від кількох десятків до кількох тисяч електронвольт. Наприклад, рентгенівський фотон може мати енергію від 100 еВ до 100 кеВ (кілоелектронвольт).
3. Вимірювання енергій частинок у прискорювачах:
У прискорювачах частинок, таких як LHC (Великого адронного колайдера), енергії частинок вимірюються в гігаелектронвольтах (ГеВ) або тераелектронвольтах (ТеВ). Наприклад, енергія пучка протонів у LHC досягає кількох Тераелектронвольт.
Висновок:
Електронвольт (еВ) — це одиниця енергії, яка широко використовується в фізиці елементарних частинок, атомній та ядерній фізиці, а також у фізиці твердого тіла. 1 еВ дорівнює 1.602 × 10⁻¹⁹ джоулів. Вона зручна для вимірювання енергій, що пов'язані з мікроскопічними процесами, такими як енергії частинок і фотонів на атомному та субатомному рівнях.Популярні фізичні величини: