Elektronvolt

Elektronvolt (eV) değeri yaklaşık 1.6 x 10⁻¹⁹ J olan enerjiye verilen addır. Tanım olarak bir elektronun, boşlukta, bir voltluk elektrostatik potansiyel farkı katederek kazandığı kinetik enerji miktarıdır. Diğer bir deyişle, 1 volt çarpı elektronun yüküne eşittir. 1 volt (1joule/coulomb J/C) temel yük (e veya 1.602 176 565(35) x 10⁻¹⁹ C) ile çarpıldığında buna eşit olmaktadır.

Elektronvoltun tasarlanma amacı elektrostatik parçacık hızlandırıcılarda bir ölçüm birimi olarak kullanılmasıdır. Hızlandırılan parçacık q yüküne sahiptir ve enerjisi E=qV olarak bulunur.

Elektronvolt SI birimi olmamasına rağmen genelde SI birim sistemi önekleriyle (milli-, kilo-, mega-, giga-, tera-, peta-, exa-) kullanılır. (meV, keV, GeV, TeV, PeV gibi)

Kütle - enerji eşitliğine göre elektronvolt ayrıca bir kütle birimidir. Fizikte genel parçacıkların kütlesi ve enerjisi sıklıkla birbirinin yerine kullanılır. Örneğin E=mc² Kütle eşitliğinde 1eV = 1,783x10^-36 kg 'dır. Örneğin kütleleri 0,511MeV/c² olan bir elektron ve pozitron 1,022MeV enerjiyi yok edebilmektedirler. Proton 0,938GeV/c² kütleye sahiptir. Genel olarak bütün hadronların kütleleri 1GeV/c² civarındadır. Bu nedenle GeV parçacık fiziğinde kütle birimidir.

Yüksek enerji fiziğinde elektronvolt momentum birimi olarak kullanılmaktadır.

1 voltluk potansiyel fark elektronun bu enerjiyi kazanmasına yol açmaktadır. Bu da bize eV 'u momentum birimi olarak kullanabilmemiz için gerekli izni vermektedir.

Momentum boyutlarında birim LT¯1M. Enerji boyutlarında birim L²T¯²M. Bu enerji birimlerini temel bir sabit ile böldüğümüzde (sabit LT¯1 birim hızına sahiptir) enerji birimlerini momentum olarak kullanabilmemiz için gerekli dönüşümün anlaşılmasını kolaylaştırır. Temel ışık hızı birimi "c" ile gösterilir. Enerjinin (eV) ışık hızına bölünmesi ise bize momentumu verir.

${\displaystyle p=1\;{\text{GeV}}/c={\frac {(1\times 10^{9})\cdot (1.60217646\times 10^{-19}\;{\text{C}})\cdot {\text{V}}}{(2.99792458\times 10^{8}\;{\text{m}}/{\text{s}})}}=5.344286\times 10^{-19}\;{\text{kg}}{\cdot }{\text{m}}/{\text{s}}.}$

Parçacık fiziğinde doğal birimler sisteminde ışık hızının c kabul edildiği ve planck sabitinin indirgendiği " ħ " boyutsuz ve birimsel eşitlik kapsamında genel olarak: c= ħ=1 kullanılır.

Bu birimlerde mesafeler ve süreler ters enerji birimleriyle ifade edilir. Örneğin partikül saçma uzunlukları genellikle ters parçacık kütlelerinin birimlerinde ifade edilmiştir.

${\displaystyle \hbar ={{h} \over {2\pi }}=1.054\ 571\ 726(47)\times 10^{-34}\ {\mbox{J s}}=6.582\ 119\ 28(15)\times 10^{-16}\ {\mbox{eV s}}.}$

Yukarıdaki eşitlik ayrıca kararsız bir parçacığın ortalama ömrünü τ olarak verir (saniye cinsinden) ve bozunumunu genişlik açısından Γ (eV cinsinden) bize Γ = ħ/τ.

Bazı alanlarda (plazma fiziği gibi) sıcaklık birimi olarak elektron volt kullanmak çok uygundur.

Sıcaklığı kelvine çevrilmesi kB olarak ifade edilir.

Boltzmann sabiti:

${\displaystyle {1 \over k_{\text{B}}}={1.602\,176\,53(14)\times 10^{-19}{\text{ J/eV}} \over 1.380\,6505(24)\times 10^{-23}{\text{ J/K}}}=11\,604.505(20){\text{ K/eV}}.}$

Örneğin tipik bir manyetik hapsetme füzyon plasma 15 keV veya 170megakelvin sıcaklığa sahiptir. Bir yaklaşma değeri olarak: kBT 20Co sıcaklıkta, yaklaşık 0,025eV (yaklaşık 290K/11604K/eV) sahiplerdir.

Enerjisi "E" frekansı "v" dalgaboyu " λ " olan bir foton için

${\displaystyle E=h\nu ={\frac {hc}{\lambda }}={\frac {(4.13566733\times 10^{-15}\,{\mbox{eV}}\,{\mbox{s}})(299\,792\,458\,{\mbox{m/s}})}{\lambda }}}$

kullanılabilir. Burada h Planck sabiti c ışık hızıdır. Bu denklemi

${\displaystyle E{\mbox{(eV)}}={\frac {1239.84187\,{\mbox{eV}}\,{\mbox{nm}}}{\lambda \ {\mbox{(nm)}}}}.}$

indirgeyebiliriz.

• 5.25×10³² eV: 20 kilotonluk bir nükleer füzyon da açığa çıkan enerji miktarı

• 624EeV: (6,24x10²⁰) 100-watt'lık bir ampulün saniyede harcadığı enerji miktarı

• 300EeV: Tanrı Parçacığının enerjisi

• 1PeV: Antarktika'daki IceCube nötrino teleskobundan iki farklı nötrinodan ölçülen enerji değeri

• 14TeV: büyük hadron çarpıştırıcısının dizayn edilmiş proton çarpıştırma enerjisi.

• 1TeV: uçan bir sivri sineğin kinetik enerjisi

• 125,3 ± 0,6 GeV: Higgs Bozon'unun yaydığı enerji miktarı. LHC'de iki farklı sensör tarafından 5sigma kesinlikle test edilmiştir.

• 210 MeV: Pu-239 atomunun fisyonundan açığa çıkan ortalama enerji miktarıdır.

• 200MeV: U-235 atomunun fisyonundan açığa çıkan ortalama enerji miktarıdır.

• 17,6 MeV: Döteryum ve Trityumun He-4 'ün füzyonu oluşumu esnasında açığa çıkan enerji miktarıdır. Bu enerji kilogram başına 0,41PJ 'dir.

• 1 MeV: Bir elektronun hareketsizken sahip olduğu enerjinin 2 katıdır.

• 13,6 eV: Hidrojen atomunu iyonize edebilmek için gerekli olan enerji miktarıdır.

• 1,6 eV 'den 3,4 eV 'ye: Görünür ışığın foton enerjisidir.

• 25meV: Oda sıcaklığındaki termal enerjinin miktarıdır (kBT). Bir hava molekülü ortalama 38 meV: kinetik enerjiye sahiptir.

• 230 µeV: Kozmik arka plan mikrodalga ışımasının termal enerjisidir (kBT)