Электронвольт: различия между версиями
[отпатрулированная версия] | [отпатрулированная версия] |
V1adis1av (обсуждение | вклад) Нет описания правки |
V1adis1av (обсуждение | вклад) мНет описания правки |
||
Строка 3: | Строка 3: | ||
== Основные сведения == |
== 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 {{nobr|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 |
Один электронвольт равен энергии, необходимой для переноса [[Элементарный заряд|элементарного заряда]] в [[Электрическое поле|электростатическом поле]] между точками с разницей [[Электростатический потенциал|потенциалов]] в {{nobr|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 6208(98){{e|−19}} [[Джоуль|Дж]] {{=}} 1,602 176 6208(98){{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 обычно выражается не только энергия {{math|''Е''}}, но и масса {{math|''m''}} элементарных частиц<ref>[http://web.archive.org/web/20120703132646/http://www.gpad.ac.ru/info/contributions/Okun_Prez.pdf Научно-популярный доклад на Президиуме РАН Л. |
В [[физика элементарных частиц|физике элементарных частиц]] в электронвольтах обычно выражается не только энергия {{math|''Е''}}, но и масса {{math|''m''}} элементарных частиц<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><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>. Основанием для этого служит тот факт, что в силу [[эквивалентность массы и энергии|эквивалентности массы и энергии]] выполняется соотношение {{math|''Е {{=}} mc''<sup>2</sup>}}, где {{math|''c''}} — [[скорость света]]. Поскольку {{math|''c''}} — фундаментальная постоянная, не изменяющаяся ни при каких условиях, то указание в качестве характеристики массы частицы её энергии, выраженной в электронвольтах, однозначно определяет значение массы в любых традиционных единицах и к недоразумениям не приводит. В единицах массы<ref>В результате получаем выражение массы в единицах энергии, отнесённых 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: |
Электронвольт по сравнению с энергиями, характерными для большинства ядерных процессов, — маленькая величина, в этой области физики обычно применяются кратные единицы: |
||
Строка 13: | Строка 13: | ||
* мегаэлектронвольт (МэВ) — 1 [[Миллион|млн]] электронвольт, |
* мегаэлектронвольт (МэВ) — 1 [[Миллион|млн]] электронвольт, |
||
* гигаэлектронвольт (ГэВ) — 1 [[Миллиард|млрд]] электронвольт. |
* гигаэлектронвольт (ГэВ) — 1 [[Миллиард|млрд]] электронвольт. |
||
* тераэлектронвольт (ТэВ) |
* тераэлектронвольт (ТэВ) — 1 '''[[Триллион|трлн]]''' электронвольт. |
||
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>. |
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>. |
||
Строка 19: | Строка 19: | ||
[[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}}''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>. |
[[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}}''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 электронвольтах выражают энергию квантов электромагнитного излучения ([[фотон |
В электронвольтах выражают энергию квантов электромагнитного излучения ([[фотон]]ов). Энергия фотонов с частотой {{math|ν}} в электронвольтах численно равна {{math|''h''ν/''E''<sub>эВ</sub>}}, а излучения с [[длина волны|длиной волны]] {{math|λ}} — {{math|''hc''/(λ''E''<sub>эВ</sub>)}}, где {{math|''h''}} — [[постоянная Планка]], а {{math|''E''<sub>эВ</sub>}} — энергия, равная одному электронвольту, выраженная в единицах той же системы единиц, что и использованная для выражения {{math|''h''}}, {{math|ν}} и {{math|λ}}. Так как для ультрарелятивистских частиц, в том числе фотонов, {{math|λ''E {{=}} hc''}}, то при вычислении энергии фотонов с известной длиной волны (и наоборот) часто полезен коэффициент пересчёта, представляющий собой выраженное в эВ·[[нанометр|нм]] произведение постоянной Планка и скорости света: |
||
: {{math|''hc''}} = 1239,841 9739(76) эВ·нм<ref name="CODATA allascii" /> ≈ 1240 эВ·нм. |
: {{math|''hc''}} = 1239,841 9739(76) эВ·нм<ref name="CODATA allascii" /> ≈ 1240 эВ·нм. |
||
Так, фотон с длиной волны 1 нм имеет энергию 1240 эВ; фотон с энергией 10 эВ имеет длину волны 124 нм и |
Так, фотон с длиной волны 1 нм имеет энергию 1240 эВ; фотон с энергией 10 эВ имеет длину волны 124 нм и т. д. |
||
В химии часто используется молярный эквивалент электронвольта. Если один [[моль]] электронов или однозарядных [[ион]]ов 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 химии часто используется молярный эквивалент электронвольта. Если один [[моль]] электронов или однозарядных [[ион]]ов 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}}. |
Версия от 17:30, 16 августа 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:
В физике элементарных частиц в электронвольтах обычно выражается не только энергия Е, но и масса m элементарных частиц[4][5][6]. Основанием для этого служит тот факт, что в силу эквивалентности массы и энергии выполняется соотношение Е = mc2, где c — скорость света. Поскольку c — фундаментальная постоянная, не изменяющаяся ни при каких условиях, то указание в качестве характеристики массы частицы её энергии, выраженной в электронвольтах, однозначно определяет значение массы в любых традиционных единицах и к недоразумениям не приводит. 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 Eкин = 3⁄2kТ[5]. В температурных единицах 1 эВ соответствует 1,160 452 21(67)⋅104 кельвин[3] (см. постоянная Больцмана)[9].
В электронвольтах выражают энергию квантов электромагнитного излучения (фотонов). Энергия фотонов с частотой ν в электронвольтах численно равна hν/EэВ, а излучения с длиной волны λ — hc/(λEэВ), где h — постоянная Планка, а EэВ — энергия, равная одному электронвольту, выраженная в единицах той же системы единиц, что и использованная для выражения h, ν и λ. Так как для ультрарелятивистских частиц, в том числе фотонов, λE = hc, то при вычислении энергии фотонов с известной длиной волны (и наоборот) часто полезен коэффициент пересчёта, представляющий собой выраженное в эВ·нм произведение постоянной Планка и скорости света:
- hc = 1239,841 9739(76) эВ·нм[3] ≈ 1240 эВ·нм.
Так, фотон с длиной волны 1 нм имеет энергию 1240 эВ; фотон с энергией 10 эВ имеет длину волны 124 нм и т. д.
В химии часто используется молярный эквивалент электронвольта. Если один моль электронов или однозарядных ионов 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 кратные 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 — дольные единицы: 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
Энергия кванта электромагнитного излучения с частотой 1 ТГц | |
Тепловая энергия поступательного движения одной молекулы при комнатной температуре | |
Энергия фотона с длиной волны 1240 нм (ближняя инфракрасная область оптического спектра) | |
Энергия фотона с длиной волны ~500 нм (граница зелёного и голубого цветов в видимом спектре) | |
Постоянная Ридберга (почти равна энергии ионизации атома водорода) | |
Энергия электрона в лучевой трубке телевизора | |
Энергии космических лучей | |
альфа-частицы | |
бета-частицы | |
гамма-лучи | |
Нейтрино[12] | |
Электрон[12] | |
Протон[12] | |
Бозон Хиггса | |
t-кварк[12] | |
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 11 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, отнесённых 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.
- ↑ 1 2 3 Gamma-Ray Spectrum Catalogue
- ↑ 1 2 3 4 Единицы измерения расстояний, энергий и масс
- ↑ ATLAS и CMS обнародовали совместное измерение массы хиггсовского бозона
- ↑ Свойства топ-кварка: результаты