Смотреть что такое "МэВ" в других словарях. Единицы измерения расстояний, энергий и масс Перевод из дж в эв формула
Атомные ядра и составляющие их частицы очень маленькие, поэтому измерять их в метрах или сантиметрах неудобно. Физики измеряют их в фемтометрах (фм ). 1 фм = 10 –15 м, или одна квадриллионная доля метра. Это в миллион раз меньше нанометра (типичный размер молекул). Размер протона или нейтрона как раз примерно 1 фм. Существуют тяжелые частицы, размер которых еще меньше.
Энергии в мире элементарных частиц тоже слишком малы, чтоб измерять их в Джоулях. Вместо этого используют единицу энергии электронвольт (эВ ). 1 эВ, по определению, это энергия, которую приобретет электрон в электрическом поле при прохождении разности потенциалов в 1 Вольт. 1 эВ примерно равен 1,6·10 –19 Дж. Электронвольт удобен для описания атомных и оптических процессов. Например, молекулы газа при комнатной температуре имеют кинетическую энергию примерно 1/40 электронвольта. Кванты света, фотоны, в оптическом диапазоне имеют энергию около 1 эВ.
Явления, происходящие внутри ядер и внутри элементарных частиц, сопровождаются гораздо большими изменениями энергии. Здесь уже используются мегаэлектронвольты (МэВ ), гигаэлектронвольты (ГэВ ) и даже тераэлектронвольты (ТэВ ). Например, протоны и нейтроны движутся внутри ядер с кинетической энергией в несколько десятков МэВ. Энергия протон-протонных или электрон-протонных столкновений, при которых становится заметна внутренняя структура протона, составляет несколько ГэВ. Для того, чтобы родить самые тяжелые из известных на сегодня частиц - топ-кварки, - требуется сталкивать протоны с энергией около 1 ТэВ.
Между шкалой расстояний и шкалой энергии можно установить соответствие. Для этого можно взять фотон с длиной волны L и вычислить его энергию: E = c·h /L . Здесь c - скорость света, а h - постоянная Планка, фундаментальная квантовая константа, равная примерно 6,62·10 –34 Дж·сек. Это соотношение можно использовать не только для фотона, но и более широко, при оценке энергии, необходимой для изучения материи на масштабе L . В «микроскопических» единицах измерения 1 ГэВ отвечает размеру примерно 1,2 фм.
Согласно знаменитой формуле Эйнштейна E 0 = mc 2 , масса и энергия покоя тесно взаимосвязаны. В мире элементарных частиц эта связь проявляется самым непосредственным образом: при столкновении частиц с достаточной энергией могут рождаться новые тяжелые частицы, а при распаде покоящейся тяжелой частицы разница масс переходит в кинетическую энергию получившихся частиц.
По этой причине массы частиц тоже принято выражать в электронвольтах (а точнее, в электронвольтах, деленных на скорость света в квадрате). 1 эВ соответствует массе всего в 1,78·10 –36 кг. Электрон в этих единицах весит 0,511 МэВ, а протон 0,938 ГэВ. Открыто множество и более тяжелых частиц; рекордсменом пока является топ-кварк с массой около 170 ГэВ. Самые легкие из известных частиц с ненулевой массой - нейтрино - весят всего несколько десятков мэВ (миллиэлектронвольт).
> Электронвольт
Узнайте, как произвести перевод электронвольт в джоули. Читайте определение электронвольт, разность потенциалов, ускоритель частиц, масса, инерция, длина волны.
Электронвольт – единица энергии, используемая в физике элементарных зарядов и электричестве.
Задача обучения
- Перевод электронвольт и единиц энергии.
Основные пункты
- Электронвольт – количество энергии, полученное или утраченное зарядом электрона, перемещающемся по одновольтной электрической разности потенциалов (1.602 × 10 -19 Дж).
- Электронвольт приобрел популярность в науке из-за экспериментов. Обычно ученые, сталкивающиеся с ускорителями электростатических частиц, применяли соотношение энергии, заряда и отличия потенциалов: E = qV.
- Электронвольт можно использовать в различных расчетах.
Термины
- Ускоритель частиц – прибор, разгоняющий частички с зарядом до невероятно высоких скоростей, чтобы индуцировать высокоэнергетические реакции и получить высокую энергию.
- Разность потенциалов – отличие в потенциальной энергии между двумя точками в электрическом поле.
- Электронвольт – единица измерения энергии субатомных частиц (1.6022 × 10 -19 Дж).
Обзор
Электронвольт (eV) выступает единицей энергии, которую используют в физике для элементарных зарядов и электричества. Речь идет о количестве энергии, которую получает или теряет заряд электрона, смещающийся по одновольтному электрическому отличию потенциалов. Нужно знать, как перевести электронвольт в джоули. Значение – 1.602 × 10 -19 Дж.
Электронвольт не входит в список официальных единиц, но стала полезной из-за применения в многочисленных экспериментах. Работающие с ускорителями частиц исследователи использовали соотношение энергии, заряда и разности потенциалов:
Все расчеты были квантованы к элементарному заряду при конкретном напряжении, из-за чего электронвольт стали использовать как единицу измерения.
Инерция
Электронвольт и импульс выступают измерениями энергии. Используя разницу потенциалов с электроном, получаем энергию, которая проявляется в перемещении электрона. У него есть масса, скорость и импульс. Если разделить электронвольт на постоянную с единицами скорости, то получим импульс.
Масса
Масса эквивалентна энергии, потому электронвольт влияет на массу. Формулу E = mc 2 можно перестроить для решения массы:
Длина волны
Энергию, частоту и длину волны связывает соотношение:
(h – постоянная Планка, c – скорость света).
В итоге, фотон с длиной волны 532 нм (зеленый свет) обладал бы энергией около 2.33 эВ. Аналогично, 1 эВ отвечал бы инфракрасному фотону, чья длина волны – 1240 нм.
Связь длины волны и энергии, выраженная в электронвольтах
Температура
В физике плазмы электронное напряжение можно применить как единицу температуры. Чтобы трансформировать в Кельвины, разделите значение 1эВ на постоянную Больцмана: 1.3806505 (24) × 10 -23 Дж/К.
Основные сведения
Один электронвольт равен энергии, необходимой для переноса элементарного заряда в электростатическом поле между точками с разницей потенциалов в 1 . 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:
1 эВ = 1,602 176 565(35)·10 −19 Дж = 1,602 176 565(35)·10 −12 эрг .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, 10 3 эВ), мегаэлектронвольты (МэВ, MeV, 10 6 эВ), гигаэлектронвольты (ГэВ, GeV, 10 9 эВ) и тераэлектронвольты (ТэВ, TeV, 10 12 эВ). В физике космических лучей , кроме того, используются петаэлектронвольты (ПэВ, PeV, 10 15 эВ) и эксаэлектронвольты (ЭэВ, EeV, 10 18 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 | ||
10 1 эВ | декаэлектронвольт | даэВ | daeV | 10 −1 эВ | дециэлектронвольт | дэВ | deV |
10 2 эВ | гектоэлектронвольт | гэВ | heV | 10 −2 эВ | сантиэлектронвольт | сэВ | ceV |
10 3 эВ | килоэлектронвольт | кэВ | keV | 10 −3 эВ | миллиэлектронвольт | мэВ | meV |
10 6 эВ | мегаэлектронвольт | МэВ | MeV | 10 −6 эВ | микроэлектронвольт | мкэВ | µeV |
10 9 эВ | гигаэлектронвольт | ГэВ | GeV | 10 −9 эВ | наноэлектронвольт | нэВ | neV |
10 12 эВ | тераэлектронвольт | ТэВ | TeV | 10 −12 эВ | пикоэлектронвольт | пэВ | peV |
10 15 эВ | петаэлектронвольт | ПэВ | PeV | 10 −15 эВ | фемтоэлектронвольт | фэВ | feV |
10 18 эВ | эксаэлектронвольт | ЭэВ | EeV | 10 −18 эВ | аттоэлектронвольт | аэВ | aeV |
10 21 эВ | зеттаэлектронвольт | ЗэВ | ZeV | 10 −21 эВ | зептоэлектронвольт | зэВ | zeV |
10 24 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 - 1·10 21 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 |
Планковская масса | |
≈ 1,2209·10 19 ГэВ |
Примечания
Ссылки
- Он-лайн конвертор единиц электронвольт в другие системы счислений
Wikimedia Foundation . 2010 .
Синонимы :Атомная единица массы
Atomic mass unit
Атомная единица массы
(а. е. м. или u
) – единица массы, равная 1/12 массы атома изотопа
углерода 12 С, и применяемая в атомной и ядерной физике для выражения
масс молекул, атомов, ядер, протона и нейтрона. 1 а.е.м. (u
) ≈ 1.66054 . 10 -27
кг. В ядерной физике и в физике элементарных частиц вместо массы m
используют в соответствии с соотношением Эйнштейна Е = mс 2 её
энергетический эквивалент mс 2 , причём в качестве единицы энергии
применяют 1 электронвольт (эВ) и его производные: 1 килоэлектронвольт (кэВ)
= 10 3 эВ, 1 мегаэлектронвольт (МэВ)= 10 6 эВ, 1 гигаэлектронвольт
(ГэВ) = 10 9 эВ, 1 тераэлектронвольт (ТэВ) = 10 12 эВ
и т.д. 1 эВ – это энергия, приобретаемая однозарядной частицей (например,
электроном или протоном) при прохождении в электрическом поле разности потенциалов
в 1 вольт. Как известно 1 эВ = 1.6 . 10 -12 эрг = 1.6 . 10 -19
Дж. В энергетических единицах
1 а.е.м. (u
)931.494
МэВ. Массы протона (m p) и нейтрона (m n)
в атомных
единицах массы и в энергетических единицах следующие: m p ≈ 1.0073
u
≈ 938.272 МэВ/с 2
, m n ≈ 1.0087 u
≈ 939.565 МэВ/с 2 . С точностью ~1% массы протона и нейтрона равны
одной атомной единице массы (1 u
).