In fisica e chimica , le elettronvolt o elettronvolt (elettronvolt plurale o elettronvolt) (simbolo eV ) è un'unità di misura di energia .
Il valore dell'elettronvolt è definito come l'energia cinetica acquisita da un elettrone accelerato da fermo per una differenza di potenziale di un volt : 1 eV = (1 e ) × (1 V ), dove e è il valore assoluto della carica elettrica di l'elettrone (o carica elementare ). Un elettronvolt è uguale a:
1 eV = 1,602 176 634 × 10 -19 J .È un'unità al di fuori del Sistema internazionale di unità (SI), ma il suo uso è accettato con esso . Il suo valore è ottenuto sperimentalmente.
o :
h = 6.626 070 15 × 10 −34 J s è la costante di Planck ; α = 7,297 352 566 4 (17) × 10 -3 ( adimensionale ) è la costante di struttura fine ; μ 0 = 4π × 10 −7 H /m è la permeabilità magnetica del vuoto ; c = 2.997 924 58 × 10 8 m/s è la velocità della luce nel vuoto; J è il simbolo del joule ; È il simbolo del coulomb .L'elettronvolt viene utilizzato in particolare nella fisica delle particelle per esprimere i livelli energetici incontrati negli acceleratori di particelle e nella fusione termonucleare , nella fisica dei semiconduttori per esprimere il gap di questi o nella fisica dei plasmi:
Sottomultipli e multipli usuali :
In alcuni documenti relativamente antichi, si può vedere la notazione "BeV", per miliardi di elettronvolt ( "miliardi di elettronvolt" ): BeV è equivalente a GeV (gigaelettronvolt).
In chimica, alcune misure energetiche specifiche, in particolare il potenziale elettrochimico , il potenziale di estrazione degli elementi, l' energia di ionizzazione degli atomi gassosi o di altre molecole in atomistica , l' energia termica delle molecole, sono abbastanza spesso espresse in eV .
1 eV = 96,485 kJ/mol o 23,06 kcal/molDalla relazione E = mc 2 della relatività ristretta deduciamo:
Ad esempio, la massa dell'elettrone è 511 keV / c 2 , quella del protone di 938 MeV / c 2 e quella del neutrone è 940 MeV / c 2 .
Nel sistema di unità naturali spesso usato dai fisici delle particelle, in cui poniamo c = 1, omettiamo di scrivere "/ c 2 ".
Seguendo il ragionamento precedente, possiamo anche usare l'elettronvolt come unità di quantità di moto , in eV/ c . Anche in questo caso il sistema delle unità naturali permette di scrivere questo momento direttamente in eV , in generale sia in GeV che in TeV .
In alcune aree, come la fisica del plasma , può essere pratico utilizzare l'elettronvolt come unità di temperatura. Per eseguire la conversione, viene utilizzata la costante di Boltzmann k B .
Ad esempio, una tipica temperatura del plasma in una fusione a confinamento magnetico è 15 keV , o 174 MK ( megakelvin ). La temperatura ambiente (~ 20 °C ) corrisponde a 1/40 di un elettronvolt ( 0,025 eV ).
Succede anche che misuriamo una durata molto breve in elettronvolt. Infatti, secondo la relazione di Heisenberg , possiamo abbinare un tempo all'energia, e quando quel tempo è molto piccolo (inferiore all'attosecondo , o 10 -18 s ), la misura è meno significativa agli occhi dell'osservatore espressa in secondi che in eV. La conversione viene effettuata da:
Tali durate si trovano soprattutto nelle emivite dei nuclei esotici . Ad esempio, l'emivita di 8 C è 230 keV o 1,43 × 10 −21 s .
Per comodità, è comune omettere il fattore 2 nei calcoli che coinvolgono più unità. Pertanto, la conversione diventa ħ / eV = 6.582 119 × 10 −16 s
Succede anche che l'energia dei fotoni sia misurata in elettronvolt.
è:ma h la costante di Planck è uguale a:
e c la velocità della luce è 299 792 458 m s −1 .
Quindi un fotone da 1 eV avrà una lunghezza d'onda di 1.239 841 875 µm . In pratica si calcola una lunghezza d'onda di 1,24 nm per un fotone da 1 keV .
Nei calcoli che coinvolgono più unità, è meglio usare ħ anziché h. La formula per calcolare la velocità della luce rimane una distanza divisa per un tempo (quindi senza aggiustamento di un fattore 2 π).