Электронвольт: различия между версиями

[отпатрулированная версия]

Содержимое удалено Содержимое добавлено

Линейный

Версия от 23:29, 28 июня 2015

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.). В Российской Федерации электронвольт допущен к использованию в качестве внесистемной единицы без ограничения срока с областью применения «физика»^[1].

Основные сведения

Один электронвольт равен энергии, необходимой для переноса элементарного заряда в электростатическом поле между точками с разницей потенциалов в 1 В^[2]. Так как работа при переносе заряда q равна qU (где U — разность потенциалов), а элементарный заряд частиц, например, электрона составляет −1,602 176 6208(98)⋅10⁻¹⁹ Кл^[3], то:

1 эВ = 1,602 176 6208(98)⋅10⁻¹⁹ Дж = 1,602 176 6208(98)⋅10⁻¹² эрг.

В физике элементарных частиц в электронвольтах (и производных единицах) обычно^[4] выражается не только энергия, но и масса элементарных частиц^[5]^[6], 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^[7] 1 эВ = 1,782 661 907(11)⋅10⁻³⁶ кг^[3], и напротив, 1 кг = 5,609 588 650(34)⋅10³⁵ эВ^[3]. 1 а. е. м. = 931,494 0954(57) МэВ^[3]. 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.
тераэлектронвольт (ТэВ) — 1 трлн электронвольт.

Последнее поколение ускорителей элементарных частиц позволяет достичь нескольких триллионов электронвольт (тераэлектронвольт, ТэВ). Один ТэВ приблизительно равен (кинетической) энергии летящего комара^[8].

Температура, которая является мерой средней кинетической энергии частиц, тоже иногда выражается в электронвольтах, исходя из соотношения температуры и энергии частиц в одноатомном идеальном газе E_кин=3⁄2kТ^[5]. В температурных единицах 1 эВ соответствует 1,160 452 21(67)⋅10⁴ кельвин^[3] (см. постоянная Больцмана)^[9].

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 = 96 485,332 89(59) Дж^[3], 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 6,582 119 514(40)⋅10⁻¹⁶ с^[3]. Аналогично квантовомеханическое состояние с временем жизни 1 с имеет ширину 6,582 119 514(40)⋅10⁻¹⁶ эВ.

Одним из первых термин «электронвольт» применил американский инженер K. K. Darrow в 1923 году^[10].

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	иоктоэлектронвольт	иэВ	yeV
10²⁷ эВ	роннаэлектронвольт	РнэВ	ReV	10⁻²⁷ эВ	ронтоэлектронвольт	рнэВ	reV
10³⁰ эВ	кветтаэлектронвольт	КвэВ	QeV	10⁻³⁰ эВ	квектоэлектронвольт	квэВ	qeV
рекомендовано к применению применять не рекомендуется

Некоторые значения энергий и масс в электронвольтах

Типичная энергия ядерного распада
Энергия кванта электромагнитного излучения с частотой 1 ТГц	4,13 мэВ
Тепловая энергия поступательного движения одной молекулы при комнатной температуре	0,025 эВ
Энергия фотона с длиной волны 1240 нм (ближняя инфракрасная область оптического спектра)	1,0 эВ
Энергия фотона с длиной волны ~500 нм (граница зелёного и голубого цветов в видимом спектре)	~2,5 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
альфа-частицы	2-10 МэВ
бета-частицы и гамма-лучи	0-20 МэВ
Массы частиц
Нейтрино	0,2 - 2 эВ
Электрон	0,510 998 9461(31) МэВ^[3]
Протон	938,272 0813(58) МэВ^[3]
Бозон Хиггса	125,09 ± 0,24 ГэВ^[11]
Планковская масса
$M_{P}={\sqrt {\frac {\hbar c}{G}}}$	1,220 910(29)⋅10¹⁹ ГэВ^[3]

Примечания

↑ Положение о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации Утверждено Постановлением Правительства РФ от 31 октября 2009 г. № 879
↑ Электронвольт — статья из Большой советской энциклопедии
↑ ¹ ² ³ ⁴ ⁵ ⁶ ⁷ ⁸ ⁹ ¹⁰ http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Fundamental Physical Constants — Complete Listing
↑ Научно-популярный доклад на Президиуме РАН Л. Б. Окуня
↑ ¹ ² Электронвольт // Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. — Т. 5. Стробоскопические приборы — Яркость. — С. 545. — 760 с. — ISBN 5-85270-101-7.
↑ 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.
↑ Glossary — CMS Collaboration, CERN: «Electronvolt (eV): A unit of energy or mass used in particle physics». (англ.)
↑ Conversion factors for energy equivalents
↑ Darrow K. K. Some Contemporary Advances in Physics (англ.) // Bell System Technical Journal. — Vol. 2 (4). — P. 110.
↑ ATLAS и CMS обнародовали совместное измерение массы хиггсовского бозона

Ссылки

[1] Положение о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации Утверждено Постановлением Правительства РФ от 31 октября 2009 г. № 879

[БСЭ-2] Электронвольт — статья из Большой советской энциклопедии

[CODATA_allascii-3] ¹ ² ³ ⁴ ⁵ ⁶ ⁷ ⁸ ⁹ ¹⁰ http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Fundamental Physical Constants — Complete Listing

[4] Научно-популярный доклад на Президиуме РАН Л. Б. Окуня

[ФЭ5-5] ¹ ² Электронвольт // Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. — Т. 5. Стробоскопические приборы — Яркость. — С. 545. — 760 с. — ISBN 5-85270-101-7.

[6] В учебной и научно-популярной литературе массы элементарных частиц чаще выражаются в единицах СИ или в а. е. м.

[7] 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.

[8] Glossary — CMS Collaboration, CERN: «Electronvolt (eV): A unit of energy or mass used in particle physics». (англ.)

[9] Conversion factors for energy equivalents

[10] Darrow K. K. Some Contemporary Advances in Physics (англ.) // Bell System Technical Journal. — Vol. 2 (4). — P. 110.

[11] ATLAS и CMS обнародовали совместное измерение массы хиггсовского бозона

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

@@ Строка 4: / Строка 4: @@
 == Основные сведения ==
-Один электронвольт равен энергии, необходимой для переноса [[Элементарный заряд|элементарного заряда]] в [[Электрическое поле|электростатическом поле]] между точками с разницей [[Электростатический потенциал|потенциалов]] в 1 [[Вольт|В]]<ref name="БСЭ">{{Из|БСЭ|http://slovari.yandex.ru/Электронвольт/БСЭ/Электронвольт/|заглавие=Электронвольт}}</ref>. Так как работа при переносе заряда {{math|''q''}} равна {{math|''qU''}} (где {{math|''U''}} — разность потенциалов), а [[элементарный заряд]] частиц, например, [[электрон]]а составляет {{nobr|−1,602 176 565(35){{e|−19}} [[Кулон|Кл]]}}, то:
+Один электронвольт равен энергии, необходимой для переноса [[Элементарный заряд|элементарного заряда]] в [[Электрическое поле|электростатическом поле]] между точками с разницей [[Электростатический потенциал|потенциалов]] в 1 [[Вольт|В]]<ref name="БСЭ">{{Из|БСЭ|http://slovari.yandex.ru/Электронвольт/БСЭ/Электронвольт/|заглавие=Электронвольт}}</ref>. Так как работа при переносе заряда {{math|''q''}} равна {{math|''qU''}} (где {{math|''U''}} — разность потенциалов), а [[элементарный заряд]] частиц, например, [[электрон]]а составляет {{nobr|−1,602 176 6208(98){{e|−19}} [[Кулон|Кл]]}}<ref name="CODATA allascii">http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Fundamental Physical Constants — Complete Listing</ref>, то:
-: {{nobr|'''1 эВ {{=}} 1,602 176 565(35){{e|−19}} [[Джоуль|Дж]] {{=}} 1,602 176 565(35){{e|−12}} [[эрг]]'''}}.
+: {{nobr|'''1 эВ {{=}} 1,602 176 6208(98){{e|−19}} [[Джоуль|Дж]] {{=}} 1,602 176 6208(98){{e|−12}} [[эрг]]'''}}.
-В [[физика элементарных частиц|физике элементарных частиц]] в электронвольтах (и производных единицах) обычно<ref>[http://web.archive.org/web/20120703132646/http://www.gpad.ac.ru/info/contributions/Okun_Prez.pdf Научно-популярный доклад на Президиуме РАН Л. Б. Окуня]</ref> выражается не только энергия, но и масса элементарных частиц<ref name="ФЭ5">{{книга |автор= |часть=Электронвольт |ссылка часть= http://www.femto.com.ua/articles/part_2/4671.html |заглавие=[[Физическая энциклопедия]] |оригинал= |ссылка= |викитека= |ответственный= Гл. ред. [[Прохоров, Александр Михайлович|А. М. Прохоров]] |издание= |место=М. |издательство=[[Большая Российская энциклопедия (издательство)|Большая Российская энциклопедия]] |год=1998 |том=5. Стробоскопические приборы — Яркость |страницы=545 |страниц=760 |серия= |isbn=5-85270-101-7 |тираж=}}</ref><ref>В учебной и научно-популярной литературе массы элементарных частиц чаще выражаются в [[СИ|единицах СИ]] или в [[а. е. м.]]</ref>, исходя из [[эквивалентность массы и энергии|эквивалентности массы и энергии]] {{math|''Е {{=}} mc''²}} (или {{math|''m {{=}} E/c''²}}), где {{math|''c''}} — [[скорость света]]. Поэтому массу частиц корректнее выражать в эВ/{{math|''c''}}<sup>2</sup>, но делитель {{math|''c''}}<sup>2</sup>, там, где не может возникнуть двусмысленности, обычно опускают. В единицах массы<ref>В результате получаем выражение массы в единицах энергии отнесенных к квадрату скорости света, но при этом коэффициент {{math|''c''²}} опускают, подразумевая использование естественных единиц, в которых скорость света является единичной и безразмерной величиной.</ref> {{nobr|1 эВ {{=}} 1,782 661 845(39){{e|−36}} [[кг]]}}, и напротив, {{nobr|1 кг {{=}} 5,609 588 85(12){{e|35}} эВ}}. {{nobr|1 [[атомная единица массы|а. е. м.]] {{=}} 931,494 061(21) МэВ}}. [[Импульс]] элементарной частицы также может быть выражен в электронвольтах (строго говоря, в эВ/{{math|''c''}}).
+В [[физика элементарных частиц|физике элементарных частиц]] в электронвольтах (и производных единицах) обычно<ref>[http://web.archive.org/web/20120703132646/http://www.gpad.ac.ru/info/contributions/Okun_Prez.pdf Научно-популярный доклад на Президиуме РАН Л. Б. Окуня]</ref> выражается не только энергия, но и масса элементарных частиц<ref name="ФЭ5">{{книга |автор= |часть=Электронвольт |ссылка часть= http://www.femto.com.ua/articles/part_2/4671.html |заглавие=[[Физическая энциклопедия]] |оригинал= |ссылка= |викитека= |ответственный= Гл. ред. [[Прохоров, Александр Михайлович|А. М. Прохоров]] |издание= |место=М. |издательство=[[Большая Российская энциклопедия (издательство)|Большая Российская энциклопедия]] |год=1998 |том=5. Стробоскопические приборы — Яркость |страницы=545 |страниц=760 |серия= |isbn=5-85270-101-7 |тираж=}}</ref><ref>В учебной и научно-популярной литературе массы элементарных частиц чаще выражаются в [[СИ|единицах СИ]] или в [[а. е. м.]]</ref>, исходя из [[эквивалентность массы и энергии|эквивалентности массы и энергии]] {{math|''Е {{=}} mc''²}} (или {{math|''m {{=}} E/c''²}}), где {{math|''c''}} — [[скорость света]]. Поэтому массу частиц корректнее выражать в эВ/{{math|''c''}}<sup>2</sup>, но делитель {{math|''c''}}<sup>2</sup>, там, где не может возникнуть двусмысленности, обычно опускают. В единицах массы<ref>В результате получаем выражение массы в единицах энергии отнесенных к квадрату скорости света, но при этом коэффициент {{math|''c''²}} опускают, подразумевая использование естественных единиц, в которых скорость света является единичной и безразмерной величиной.</ref> {{nobr|1 эВ {{=}} 1,782 661 907(11){{e|−36}} [[кг]]}}<ref name="CODATA allascii" />, и напротив, {{nobr|1 кг {{=}} 5,609 588 650(34){{e|35}} эВ}}<ref name="CODATA allascii" />. {{nobr|1 [[атомная единица массы|а. е. м.]] {{=}} 931,494 0954(57) МэВ}}<ref name="CODATA allascii" />. [[Импульс]] элементарной частицы также может быть выражен в электронвольтах (строго говоря, в эВ/{{math|''c''}}).
 Электронвольт по сравнению с энергиями, характерными для большинства ядерных процессов, — маленькая величина, в этой области физики обычно применяются кратные единицы:
@@ Строка 18: / Строка 18: @@
 Последнее поколение ускорителей элементарных частиц позволяет достичь нескольких триллионов электронвольт (тераэлектронвольт, ТэВ). Один ТэВ приблизительно равен (кинетической) энергии летящего комара<ref>[http://cms.web.cern.ch/content/glossary Glossary] — CMS Collaboration, CERN: «Electronvolt (eV): A unit of energy or mass used in particle physics».{{ref-en}}</ref>.
-[[Температура]], которая является мерой средней кинетической энергии частиц, тоже иногда выражается в электронвольтах, исходя из соотношения температуры и энергии частиц в одноатомном идеальном газе ''{{math|E}}''<sub>кин</sub>={{frac|3|2}}''{{math|kТ}}''<ref name="ФЭ5" />. В температурных единицах {{nobr|1 эВ}} соответствует {{nobr|11 604,519(11) [[кельвин]]}} (см. [[постоянная Больцмана]])<ref>[http://physics.nist.gov/cuu/Constants/energy.html Conversion factors for energy equivalents]</ref>.
+[[Температура]], которая является мерой средней кинетической энергии частиц, тоже иногда выражается в электронвольтах, исходя из соотношения температуры и энергии частиц в одноатомном идеальном газе ''{{math|E}}''<sub>кин</sub>={{frac|3|2}}''{{math|kТ}}''<ref name="ФЭ5" />. В температурных единицах {{nobr|1 эВ}} соответствует {{nobr|1,160 452 21(67){{e|4}} [[кельвин]]}}<ref name="CODATA allascii" /> (см. [[постоянная Больцмана]])<ref>[http://physics.nist.gov/cuu/Constants/energy.html Conversion factors for energy equivalents]</ref>.
-В химии часто используется молярный эквивалент электронвольта. Если один [[моль]] электронов перенесён между точками с разностью потенциалов 1 В, он приобретает (или теряет) энергию {{nobr|''{{math|Q}}'' {{=}} 96 485,3365(21) Дж}}, равную произведению {{nobr|1 эВ}} на [[число Авогадро]]. Эта величина численно равна [[постоянная Фарадея|постоянной Фарадея]]. Аналогично, если при химической реакции в одном моле вещества выделяется (или поглощается) энергия {{nobr|96,5 кДж}}, то соответственно каждая молекула теряет (или получает) около {{nobr|1 эВ}}.
+В химии часто используется молярный эквивалент электронвольта. Если один [[моль]] электронов перенесён между точками с разностью потенциалов 1 В, он приобретает (или теряет) энергию {{nobr|''{{math|Q}}'' {{=}} 96 485,332 89(59) Дж}}<ref name="CODATA allascii" />, равную произведению {{nobr|1 эВ}} на [[число Авогадро]]. Эта величина численно равна [[постоянная Фарадея|постоянной Фарадея]]. Аналогично, если при химической реакции в одном моле вещества выделяется (или поглощается) энергия {{nobr|96,5 кДж}}, то соответственно каждая молекула теряет (или получает) около {{nobr|1 эВ}}.
-В электронвольтах измеряется также [[ширина распада]] {{math|Γ}} элементарных частиц и других квантовомеханических состояний, например ядерных энергетических уровней. Ширина распада — это неопределённость энергии состояния, связанная с [[время жизни|временем жизни]] состояния {{math|τ}} [[соотношение неопределённостей|соотношением неопределённостей]]: {{nobr|{{math|Γ}} {{=}} {{hbar}}/{{math|τ}}}}). Частица с шириной распада {{nobr|1 эВ}} имеет время жизни {{nobr|6,582 119 28(15){{e|−16}} с}}. Аналогично квантовомеханическое состояние с временем жизни {{nobr|1 с}} имеет ширину {{nobr|6,582 119 28(15){{e|−16}} эВ}}.
+В электронвольтах измеряется также [[ширина распада]] {{math|Γ}} элементарных частиц и других квантовомеханических состояний, например ядерных энергетических уровней. Ширина распада — это неопределённость энергии состояния, связанная с [[время жизни|временем жизни]] состояния {{math|τ}} [[соотношение неопределённостей|соотношением неопределённостей]]: {{nobr|{{math|Γ}} {{=}} {{hbar}}/{{math|τ}}}}). Частица с шириной распада {{nobr|1 эВ}} имеет время жизни {{nobr|6,582 119 514(40){{e|−16}} с}}<ref name="CODATA allascii" />. Аналогично квантовомеханическое состояние с временем жизни {{nobr|1 с}} имеет ширину {{nobr|6,582 119 514(40){{e|−16}} эВ}}.
 Одним из первых термин «электронвольт» применил американский инженер K. K. Darrow в 1923 году<ref>{{статья |автор={{nobr|Darrow  K. K.}}|заглавие=Some Contemporary Advances in Physics |ссылка=http://www3.alcatel-lucent.com/bstj/vol02-1923/articles/bstj2-4-101.pdf |язык=en |издание= Bell System Technical Journal |тип= |год= |volume=2 (4) |pages=110 |doi= |issn=}}</ref>.
@@ Строка 67: / Строка 67: @@
  |-
  |[[Электрон]]
- | <center> 0,510998910(13) МэВ </center>
+ | <center> 0,510 998 9461(31) МэВ<ref name="CODATA allascii" /> </center>
  |-
  |[[Протон]]
- | <center> 938,272013(23) МэВ </center>
+ | <center> 938,272 0813(58) МэВ<ref name="CODATA allascii" /> </center>
  |-
  |[[Бозон Хиггса]]
- | <center> 125 - 126 ГэВ<ref>[http://press.web.cern.ch/press/PressReleases/Releases2012/PR17.12E.html CERN experiments observe particle consistent with long-sought Higgs boson] - Пресс-релиз CERN, 4.07.2012</ref> </center>
+ | <center> 125,09 ± 0,24 ГэВ<ref>[http://elementy.ru/LHC/news?theme=2653111&newsid=432430 ATLAS и CMS обнародовали совместное измерение массы хиггсовского бозона]</ref> </center>
  |-
  |-
@@ Строка 79: / Строка 79: @@
  |-
  |<math>M_P = \sqrt{\frac{\hbar c}{G}}</math>
- | <center>  ≈ 1,2209{{e|19}} ГэВ</center>
+ | <center> 1,220 910(29){{e|19}} ГэВ<ref name="CODATA allascii" /></center>
  |}

Электронвольт: различия между версиями

Версия от 23:29, 28 июня 2015

Содержание

Основные сведения

Кратные и дольные единицы

Некоторые значения энергий и масс в электронвольтах

Примечания

Ссылки

Навигация

Электронвольт: различия между версиями

Версия от 23:29, 28 июня 2015

Основные сведения

Кратные и дольные единицы

Некоторые значения энергий и масс в электронвольтах

Примечания

Ссылки

Навигация

Поиск