Электронвольт

Основные сведения

В электронвольтах выражают энергию квантов электромагнитного излучения (фотонов). Энергия фотонов с частотой ν
в электронвольтах численно равна h
ν/E
эВ
, а излучения с длиной волны λ
hc
/(λE
эВ)
, где h

— постоянная Планка , а E
эВ
— 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

Так, фотон с длиной волны 1 нм имеет энергию 1240 эВ; фотон с энергией 10 эВ имеет длину волны 124 нм и т. д.

работа выхода при внешнем фотоэффекте — минимальная энергия, необходимая для удаления электрона из вещества под действием света.

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
, 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

). Частица с шириной распада 1 эВ
имеет время жизни 6,582 119 514(40)·10 −16 с
. 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 .

Определение слова «Джоуль» по БСЭ:

Джоуль — Джоуль (Joule) Джеймс Прескотт (24.12.1818, Солфорд, Ланкашир, — 11.10.1889, Сейл, Чешир), английский физик, член Лондонского королевского общества (1850). Был владельцем пивоваренного завода близ Манчестера. Внёс значительный вклад в исследование электромагнетизма и тепловых явлений, в создание физики низких температур, в обоснование закона сохранения энергии. Д. установил (1841. опубликовано в 1843), что количество тепла, выделяющееся в металлическом проводнике при прохождении через него электрического тока, пропорционально электрическому сопротивлению проводника и квадрату силы тока (см. Джоуля — Ленца закон). В 1843-50 Д. экспериментально показал, что теплота может быть получена за счёт механической работы, и определил механический эквивалент теплоты, дав тем самым одно из экспериментальных обоснований закона сохранения энергии. В 1851, рассматривая теплоту как движение частиц, теоретически определил теплоёмкость некоторых газов. Совместно с У. Томсоном опытным путём установил, что при медленном стационарном адиабатическом протекании газа через пористую перегородку температура его изменяется (см. Джоуля — Томсона эффект). Обнаружил явление магнитного насыщения при намагничивании ферромагнетиков. Соч.: The scientific papers, v. 1-2, L., 1884-87. в рус. пер. — Некоторые замечания о теплоте и о строении упругих жидкостей, в кн.: Основатели кинетической теории материи, М. — Л., 1937. Лит.: Wood A., Joule and the study of energy, L., 1925. Дж. П. Джоуль.

Джоуль — единица энергии и работы в Международной системе единиц и МКСА системе единиц, равная работе силы 1 н при перемещении ею тела на расстояние 1 м в направлении действия силы. Названа в честь английского физика Дж. Джоуля. Обозначения: русское дж, международное J. Д. был введён на Втором международном конгрессе электриков (1889) в Абсолютные практические электрические единицы в качестве единицы работы и энергии электрического тока. Д. был определён как работа, совершаемая при мощности в 1 вт в течение 1 сек. Международная конференция по электрическим единицам и эталонам (Лондон, 1908) установила «международные» электрические единицы, в том числе так называемый международный Д. После возвращения с 1 января 1948 к абсолютным электрическим единицам было принято соотношение: 1 международный Д. = 1,00020 абсолютный Д. Д. применяется также как единица количества теплоты. Соотношения Д. с др. единицами: 1 дж = 107 эрг = 0,2388 кал. Г. Д. Бурдун.

Импульс

В физике высоких энергий электронвольт часто используется в качестве единицы количества движения . Разность потенциалов в 1 вольт заставляет электрон набирать количество энергии (т. Е.1 эВ ). Это приводит к использованию эВ (а также кэВ, МэВ, ГэВ или ТэВ) в качестве единиц импульса, поскольку подводимая энергия приводит к ускорению частицы.

Размерности единиц импульса L M T −1 . Размеры энергоблоков L 2 M T −2 . Затем разделение единиц энергии (например, эВ) на фундаментальную константу, которая имеет единицы скорости ( L T -1 ), облегчает необходимое преобразование использования единиц энергии для описания количества движения. В области физики частиц высоких энергий основной единицей скорости является скорость света в вакууме c .

Разделив энергию в эВ на скорость света, можно описать импульс электрона в единицах эВ / c .

Константа основной скорости c часто исключается из единиц количества движения путем определения единиц длины, так что значение c равно единице. Например, если сказать , что импульс p электрона равен1 ГэВ , то преобразование в МКС может быть достигнуто:

пзнак равно1ГэВcзнак равно(1×109)⋅(1,602 176 634×10-19C)⋅(1V)(2,99 792 458×108мs)знак равно5,344 286×10-19кг⋅мs.{\ displaystyle p = 1 \; {\ text {GeV}} / c = {\ frac {(1 \ times 10 ^ {9}) \ cdot (1.602 \ 176 \ 634 \ times 10 ^ {- 19} \; {\ text {C}}) \ cdot (1 \; {\ text {V}})} {(2,99 \ 792 \ 458 \ times 10 ^ {8} \; {\ text {m}} / {\ text {s}})}} = 5,344 \ 286 \ times 10 ^ {- 19} \; {\ text {kg}} \ cdot {\ text {m}} / {\ text {s}}.}

использовать

Как единица измерения энергии

Электрон-вольт используется как «удобная» единица измерения энергии в атомной физике и смежных областях, таких как экспериментальная ядерная физика и физика элементарных частиц . Например, кинетическая энергия, до которой частица приводится в ускорителе частиц, всегда выражается в электрон-вольтах. Удобный, который, таким образом, потому что изменение кинетической энергии каждого в электрическом поле ускоренных частиц от его нагрузки и пройденного напряжение , как можно рассчитать и не зависит от других факторов: масса частицы, длина из путь или точный пространственный профиль напряженности поля не имеет значения.
ΔЭ.родственник{\ displaystyle \ Delta E _ {\ text {kin}}}Q{\ displaystyle Q}U{\ displaystyle U}ΔЭ.родственникзнак равноUQ{\ displaystyle \ Delta E _ {\ text {kin}} = UQ}

Количество заряда свободной наблюдаемой частицы всегда равно элементарному заряду или его целому кратному. Вместо использования элементарного заряда и указания энергии в джоулях изменение кинетической энергии в результате электрического ускорения может быть указано непосредственно в единицах эВ. Формула применима для однозарядных частиц, таких как электроны, протоны и однозарядные ионы ; для β-кратных заряженных частиц применяется соответственно . Например, кинетическая энергия протона изменяется на 100 эВ, когда он пролетает через разность потенциалов 100 В, энергия двухзарядного ядра гелия изменяется на 200 эВ.
е{\ displaystyle e}ΔЭ.родственникзнак равноеU{\ displaystyle \ Delta E _ {\ text {kin}} = e \, U}Z{\ displaystyle Z}ΔЭ.родственникзнак равноZеU{\ displaystyle \ Delta E _ {\ text {kin}} = Ze \, U}

Кинетическая энергия положительно заряженной частицы уменьшается на величину , указанную в , когда пройден напряжение поляризованы таким образом, что электрический потенциал на пути частицы с учетом (просторечии называется « в то время как частицы от плюс до минус ходу»); в противном случае он уменьшается. Для отрицательно заряженных частиц то же самое применимо с противоположным знаком (см., Например, ).

Использование единицы электрон-вольта не ограничивается работой по ускорению заряженных частиц в электрическом поле. Поскольку его порядок величины является благоприятным для атомной и ядерной физики, он часто используется для совершенно разных энергий в микроскопическом масштабе, например, для энергий связи в атомной оболочке или в атомном ядре или для энергии отдельных фотоны .

Как единица массы в физике элементарных частиц

Электрон-вольт также можно использовать как единицу массы частиц. Преобразование массы в энергию осуществляется в соответствии с эквивалентностью массы и энергии . Эта энергия называется энергией покоя .

Э.знак равномc2⇔мзнак равноЭ.c2{\ Displaystyle E = mc ^ {2} \ quad \ Leftrightarrow \ quad m = {\ dfrac {E} {c ^ {2}}}},

в котором

  • Э.{\ displaystyle E} для энергии
  • м{\ displaystyle m} для толпы и
  • c{\ displaystyle c}обозначает скорость света .

Таким образом, соответствующая единица массы — . Перевод в килограммах:
еVc2{\ Displaystyle \ mathrm {эВ} / с ^ {2}}

1еVc2≈1,783⋅10-36kг{\ Displaystyle 1 \, \ mathrm {eV} / c ^ {2} \ приблизительно 1 {,} 783 \ cdot 10 ^ {- 36} \, \ mathrm {кг}}.

Например, масса электрона 9,11 · 10 −31  кг = 511 кэВ / c².

Система «естественных» единиц часто используется в физике элементарных частиц . Это установлено. Таким образом, масса частицы равна ее кинетической энергии. Оба значения обычно выражаются в электрон-вольтах.
cзнак равно1{\ displaystyle c = 1}

Сравнение энергии

Частота фотона в зависимости от энергии частицы в электронвольтах . Энергия фотона изменяется только с частотой фотона, связанной с скоростью света постоянная. Это контрастирует с массивной частицей, энергия которой зависит от ее скорости и массы покоя . Легенда

γ: гамма-лучи МИР: средний инфракрасный HF: Высокая частота.
HX: Жесткие рентгеновские лучи FIR: Дальний инфракрасный порт MF: Средняя частота.
SX: мягкие рентгеновские лучи Радиоволны LF: низкая частота.
EUV: крайний ультрафиолет EHF: Чрезвычайно высокая частота. VLF: очень низкая частота.
NUV: ближний ультрафиолет SHF: сверхвысокая частота. VF / ULF: Голосовая частота.
Видимый свет UHF: сверхвысокая частота. SLF: сверхнизкая частота.
NIR: ближний инфракрасный VHF: очень высокая частота. ELF: Чрезвычайно низкая частота.
Freq: частота
Энергия Источник
5,25 × 10 32  эВ полная энергия, выделяемая от устройства ядерного деления
мощностью 20  кт
1,22 × 10 28  эВ энергия Планка
10 Y эВ (1 × 10 25  эВ ) приблизительная энергия великого объединения
~ 624 E эВ (6,24 × 10 20  эВ ) энергия, потребляемая одной 100-ваттной лампочкой за одну секунду (100 Вт =100 Дж / с ≈6,24 × 10 20  эВ / с )
300 E эВ (3 × 10 20  эВ = ~50  Дж ) так называемая частица Oh-My-God (самая энергичная частица космических лучей, когда-либо наблюдавшаяся)
2 ПэВ два петаэлектронвольта, самое высокоэнергетическое нейтрино, обнаруженное нейтринным телескопом IceCube в Антарктиде
14 ТэВ расчетная энергия столкновения протонов с центром масс на Большом адронном коллайдере (работающем при 3,5 ТэВ с момента запуска 30 марта 2010 г., достигнув 13 ТэВ в мае 2015 г.)
1 ТэВ триллион электронвольт, или 1.602 × 10 −7  Дж , о кинетической энергии летающего комара
172 ГэВ энергия покоя топ-кварка , самой тяжелой измеренной элементарной частицы
125,1 ± 0,2 ГэВ энергия, соответствующая массе бозона Хиггса , измеренная двумя отдельными детекторами на LHC с точностью лучше, чем 5 сигма
210 МэВ средняя энергия, выделяемая при делении одного атома
Pu-239
200 МэВ приблизительная средняя энергия, выделяемая при ядерном делении осколками деления одного атома U-235 .
105,7 МэВ энергия покоя мюона
17,6 МэВ средняя энергия , выделяемая в ядерном синтезе из дейтерия и трития с образованием He-4 ; это0,41 ПДж на килограмм произведенной продукции
2 МэВ приблизительная средняя энергия, выделяемая в нейтроне ядерного деления, выделяемом одним атомом U-235 .
1,9 МэВ энергия покоя ап-кварка , кварка с наименьшей массой.
1 МэВ (1,602 × 10 −13  Дж ) примерно вдвое больше энергии покоя электрона
От 1 до 10 кэВ приблизительная тепловая температура, в системах ядерного синтеза , таких как ядро Солнца , магнитно-удерживаемая плазма , инерционное удержание и ядерное оружиеkBТ{\ displaystyle k_ {B} T}
13,6 эВ энергия, необходимая для ионизации атомарного водорода ; молекулярная энергия связи находится на порядок изОт 1 эВ до10 эВ на облигацию
1,6 эВ до3,4 эВ энергия фотона видимого света
1,1 эВ энергия, необходимая для разрыва ковалентной связи в кремнииEг{\ displaystyle E_ {g}}
720 мэВ энергия, необходимая для разрыва ковалентной связи в германииEг{\ displaystyle E_ {g}}
< 120 мэВ приблизительная энергия покоя нейтрино (сумма 3 ароматов)
25 мэВ Тепловая энергия , при комнатной температуре; одна молекула воздуха имеет среднюю кинетическую энергиюkBТ{\ displaystyle k_ {B} T} 38 мэВ
230 мкэВ Тепловая энергия, , из космического микроволнового фонаkBТ{\ displaystyle k_ {B} T}

На моль

Один моль частиц с энергией 1 эВ имеет энергию примерно 96,5 кДж — это соответствует постоянной Фарадея ( F ≈96 485  Кл моль -1 ), где энергия в джоулях n молей частиц, каждая с энергией E эВ, равна E · F · n .

Джоуль.

Джоуль – единица измерения работы, энергии и количества теплоты в Международной системе единиц (СИ). Имеет русское обозначение – Дж и международное обозначение – J.

Другие единицы измерения

Джоуль, как единица измерения:

Джоуль – единица измерения работы, энергии и количества теплоты в Международной системе единиц (СИ), названная в честь английского физика Джеймса Прескотта Джоуля.

Джоуль как единица измерения имеет русское обозначение – Дж и международное обозначение – J.

В классической физике джоуль равен работе, совершаемой при перемещении точки приложения силы, равной 1 (одному) ньютону (Н), на расстояние одного метра в направлении действия силы.

Дж = Н · м = кг · м2 / с2.

1 Дж = 1 Н · 1 м = 1 кг · 1 м2 / 1 с2.

В электричестве джоуль означает работу, которую совершают силы электрического поля за 1 секунду при напряжении в 1 вольт (В) для поддержания силы тока в 1 ампер (А). Это энергия, которая выделится за 1 секунду при прохождении тока через проводник силой тока 1 ампер (А) при напряжении 1 вольт (В).

В Международную систему единиц джоуль введён решением XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 году, одновременно с принятием системы СИ в целом. В соответствии с правилами СИ, касающимися производных единиц, названных по имени учёных, наименование единицы джоуль пишется со строчной буквы, а её обозначение – с заглавной (Дж). Такое написание обозначения сохраняется и в обозначениях других производных единиц, образованных с использованием джоуля.

В джоулях измеряют выполненную работу, энергию и количество теплоты.

Представление джоуля в других единицах измерения – формулы:

Через основные единицы системы СИ джоуль выражается следующим образом:

Дж = Н · м

Дж = кг · м2 / с2.

Дж = Вт / с.

Дж = А2 · Ом · с.

Дж = В2 · с / Ом.

Дж = Кл · В.

где  А – ампер, В – вольт, Дж – джоуль, Кл – кулон, м – метр, Н – ньютон, с – секунда, Вт – ватт, кг – килограмм, Ом – ом.

Перевод в другие единицы измерения:

1 Дж ≈ 6,24151 ⋅ 1018 эВ

1 МДж = 0,277(7) кВт · ч

1 кВт · ч = 3,6 МДж

1 Дж ≈ 0,238846 калориям

1 калория (международная) = 4,1868 Дж

1 килограмм-сила-метр (кгс·м) = 9,80665 Дж

1 Дж ≈ 0,101972 кгс·м

Кратные и дольные единицы:

Кратные и дольные единицы образуются с помощью стандартных приставок СИ.

Кратные Дольные
величина название обозначение величина название обозначение
101 Дж декаджоуль даДж daJ 10−1 Дж дециджоуль дДж dJ
102 Дж гектоджоуль гДж hJ 10−2 Дж сантиджоуль сДж cJ
103 Дж килоджоуль кДж kJ 10−3 Дж миллиджоуль мДж mJ
106 Дж мегаджоуль МДж MJ 10−6 Дж микроджоуль мкДж µJ
109 Дж гигаджоуль ГДж GJ 10−9 Дж наноджоуль нДж nJ
1012 Дж тераджоуль ТДж TJ 10−12 Дж пикоджоуль пДж pJ
1015 Дж петаджоуль ПДж PJ 10−15 Дж фемтоджоуль фДж fJ
1018 Дж эксаджоуль ЭДж EJ 10−18 Дж аттоджоуль аДж aJ
1021 Дж зеттаджоуль ЗДж ZJ 10−21 Дж зептоджоуль зДж zJ
1024 Дж иоттаджоуль ИДж YJ 10−24 Дж иоктоджоуль иДж yJ

Интересные примеры:

Дульная энергия пули при выстреле из автомата Калашникова – 2030 Дж.

Энергия, необходимая для нагрева 1 литра воды от 20 до 100 °C, составляет 3,35⋅105 Дж.

Энергия, выделяемая при взрыве 1 тонны тринитротолуола (тротиловый эквивалент), – 4,184⋅109 Дж.

Примечание:  Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

карта сайта

формула энергии закон джоуля ленца можно тепловой 1 м дж джоуль ленц закон равен 2 2 равен единица теплота масса тела сила количество теплоты работа кинетическая энергия в джоулях в секунду 10 5 8 6 20 200 100 виды сколько степени джоулейкилоджоули скорость в джоули в кг килограммы 3 4 джоуля

Коэффициент востребованности
3 492

Температура

В определенных областях, таких как физика плазмы , удобно использовать электронвольт для выражения температуры. Электронвольт делится на постоянную Больцмана для преобразования в шкалу Кельвина :

1kBзнак равно1,602 176 634×10-19 Дж / эВ1,380 649×10-23 Дж / Кзнак равно11 604,518 12 К / эВ.{\ displaystyle {1 \ over k _ {\ text {B}}} = {1.602 \ 176 \ 634 \ times 10 ^ {- 19} {\ text {J / eV}} \ over 1.380 \ 649 \ times 10 ^ { -23} {\ text {J / K}}} = 11 \ 604.518 \ 12 {\ text {K / эВ}}.}

Где k B — постоянная Больцмана , K — Кельвин, J — Джоули, eV — электронвольты.

Предполагается, что k B используется для выражения температуры с помощью электронвольт, например, типичная термоядерная плазма с магнитным удержанием имеет вид15 кэВ ( килоэлектронвольт ), что равно 170 МК (миллион Кельвинов).

В качестве приближения: k B T составляет около0,025 эВ (≈290 К11604 К / эВ) при температуре 20 ° С .

Джоуль.

Джоуль – единица измерения работы, энергии и количества теплоты в Международной системе единиц (СИ). Имеет русское обозначение – Дж и международное обозначение – J.

Другие единицы измерения

Джоуль, как единица измерения:

Джоуль – единица измерения работы, энергии и количества теплоты в Международной системе единиц (СИ), названная в честь английского физика Джеймса Прескотта Джоуля.

Джоуль как единица измерения имеет русское обозначение – Дж и международное обозначение – J.

В классической физике джоуль равен работе, совершаемой при перемещении точки приложения силы, равной 1 (одному) ньютону (Н), на расстояние одного метра в направлении действия силы.

Дж = Н · м = кг · м2 / с2.

1 Дж = 1 Н · 1 м = 1 кг · 1 м2 / 1 с2.

В электричестве джоуль означает работу, которую совершают силы электрического поля за 1 секунду при напряжении в 1 вольт (В) для поддержания силы тока в 1 ампер (А). Это энергия, которая выделится за 1 секунду при прохождении тока через проводник силой тока 1 ампер (А) при напряжении 1 вольт (В).

В Международную систему единиц джоуль введён решением XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 году, одновременно с принятием системы СИ в целом. В соответствии с правилами СИ, касающимися производных единиц, названных по имени учёных, наименование единицы джоуль пишется со строчной буквы, а её обозначение – с заглавной (Дж). Такое написание обозначения сохраняется и в обозначениях других производных единиц, образованных с использованием джоуля.

Представление джоуля в других единицах измерения – формулы:

Через основные единицы системы СИ джоуль выражается следующим образом:

Дж = Н · м

Дж = кг · м2 / с2.

Дж = Вт / с.

Дж = А2 · Ом · с.

Дж = В2 · с / Ом.

Дж = Кл · В.

где  А – ампер, В – вольт, Дж – джоуль, Кл – кулон, м – метр, Н – ньютон, с – секунда, Вт – ватт, кг – килограмм, Ом – ом.

Перевод в другие единицы измерения:

1 Дж ≈ 6,24151 ⋅ 1018 эВ

1 МДж = 0,277(7) кВт · ч

1 кВт · ч = 3,6 МДж

1 Дж ≈ 0,238846 калориям

1 калория (международная) = 4,1868 Дж

1 килограмм-сила-метр (кгс·м) = 9,80665 Дж

1 Дж ≈ 0,101972 кгс·м

Кратные и дольные единицы:

Кратные и дольные единицы образуются с помощью стандартных приставок СИ.

Кратные Дольные
величина название обозначение величина название обозначение
101 Дж декаджоуль даДж daJ 10−1 Дж дециджоуль дДж dJ
102 Дж гектоджоуль гДж hJ 10−2 Дж сантиджоуль сДж cJ
103 Дж килоджоуль кДж kJ 10−3 Дж миллиджоуль мДж mJ
106 Дж мегаджоуль МДж MJ 10−6 Дж микроджоуль мкДж µJ
109 Дж гигаджоуль ГДж GJ 10−9 Дж наноджоуль нДж nJ
1012 Дж тераджоуль ТДж TJ 10−12 Дж пикоджоуль пДж pJ
1015 Дж петаджоуль ПДж PJ 10−15 Дж фемтоджоуль фДж fJ
1018 Дж эксаджоуль ЭДж EJ 10−18 Дж аттоджоуль аДж aJ
1021 Дж зеттаджоуль ЗДж ZJ 10−21 Дж зептоджоуль зДж zJ
1024 Дж иоттаджоуль ИДж YJ 10−24 Дж иоктоджоуль иДж yJ

Интересные примеры:

Дульная энергия пули при выстреле из автомата Калашникова – 2030 Дж.

Энергия, необходимая для нагрева 1 литра воды от 20 до 100 °C, составляет 3,35⋅105 Дж.

Энергия, выделяемая при взрыве 1 тонны тринитротолуола (тротиловый эквивалент), – 4,184⋅109 Дж.

Примечание:  Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

Найти что-нибудь еще?

карта сайта

формула энергии закон джоуля ленца можно тепловой 1 м дж джоуль ленц закон равен 2 2 равен единица теплота масса тела сила количество теплоты работа кинетическая энергия в джоулях в секунду 10 5 8 6 20 200 100 виды сколько степени джоулейкилоджоули скорость в джоули в кг килограммы 3 4 джоуля

Коэффициент востребованности
5 394

Основные сведения[править | править код]

В физике элементарных частиц в электронвольтах обычно выражается не только энергия Е, но и масса m элементарных частиц. Основанием для этого служит тот факт, что в силу эквивалентности массы и энергии выполняется соотношение m = E/c2, где c — скорость света, E — энергия покоящейся частицы. Поскольку c — фундаментальная постоянная, равная 299 792 458 м/с (точно), не изменяющаяся ни при каких условиях, то указание в качестве характеристики массы частицы её энергии покоя, выраженной в электронвольтах, однозначно определяет значение массы в любых традиционных единицах и к недоразумениям не приводит. В единицах массы 1 эВ = 1,782 661 921…⋅10−36кг (точно), и напротив, 1 кг = 5,609 588 603…⋅1035 эВ (точно). Атомная единица массы близка по значению к 1 ГэВ (с погрешностью около 7 %): 1 а. е. м. = 931,494 102 42(28) МэВ, и напротив, 1 ГэВ = 1,073 544 102 33(32) а. е. м.. 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 или энергии, выделяющейся при падении маленькой капли воды диаметром в 1 мм (массой ок. 0,5 мг) с высоты 3 см.

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 = 32. В температурных единицах 1 эВ соответствует 11 604,518 12… кельвин (точно) (см. постоянная Больцмана).

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 = 1239,841 984… эВ·нм (точно) ≈ 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 электронвольтах измеряется также работа выхода при внешнем фотоэффекте — минимальная энергия, необходимая для удаления электрона из вещества под действием света.

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 12… Дж (точно), равную произведению 1 эВ на число Авогадро. Эта величина, выраженная в джоулях, численно равна постоянной Фарадея (модулю заряда 1 моля электронов), выраженной в кулонах. Аналогично, если при химической реакции в одном моле вещества выделяется (или поглощается) энергия 96,485 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 6,582 119 569…⋅10−16 с (точно). Аналогично квантовомеханическое состояние с временем жизни 1 с имеет ширину 6,582 119 569…⋅10−16 эВ (точно).

Одним из первых термин «электронвольт» применил американский физик и инженер Карл Дарроу в 1923 году.

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:

Е = qV.

Все расчеты были квантованы к элементарному заряду при конкретном напряжении, из-за чего электронвольт стали использовать как единицу измерения.

Мощность в спорте

Оценивать работу с помощью мощности можно не только для машин, но и для людей и животных. Например, мощность, с которой баскетболистка бросает мяч, вычисляется с помощью измерения силы, которую она прикладывает к мячу, расстояния которое пролетел мяч, и времени, в течение которого эта сила была применена. Существуют сайты, позволяющие вычислить работу и мощность во время физических упражнений. Пользователь выбирает вид упражнений, вводит рост, вес, длительность упражнений, после чего программа рассчитывает мощность. Например, согласно одному из таких калькуляторов, мощность человека ростом 170 сантиметров и весом в 70 килограмм, который сделал 50 отжиманий за 10 минут, равна 39.5 ватта. Спортсмены иногда используют устройства для определения мощности, с которой работают мышцы во время физической нагрузки. Такая информация помогает определить, насколько эффективна выбранная ими программа упражнений.

Динамометры

Для измерения мощности используют специальные устройства — динамометры. Ими также можно измерять вращающий момент и силу. Динамометры используют в разных отраслях промышленности, от техники до медицины. К примеру, с их помощью можно определить мощность автомобильного двигателя. Для измерения мощности автомобилей используется несколько основных видов динамометров. Для того, чтобы определить мощность двигателя с помощью одних динамометров, необходимо извлечь двигатель из машины и присоединить его к динамометру. В других динамометрах усилие для измерения передается непосредственно с колеса автомобиля. В этом случае двигатель автомобиля через трансмиссию приводит в движение колеса, которые, в свою очередь, вращают валики динамометра, измеряющего мощность двигателя при различных дорожных условиях.

Динамометры также используют в спорте и в медицине. Самый распространенный вид динамометров для этих целей — изокинетический. Обычно это спортивный тренажер с датчиками, подключенный к компьютеру. Эти датчики измеряют силу и мощность всего тела или отдельных групп мышц. Динамометр можно запрограммировать выдавать сигналы и предупреждения если мощность превысила определенное значение

Это особенно важно людям с травмами во время реабилитационного периода, когда необходимо не перегружать организм

Согласно некоторым положениям теории спорта, наибольшее спортивное развитие происходит при определенной нагрузке, индивидуальной для каждого спортсмена. Если нагрузка недостаточно тяжелая, спортсмен привыкает к ней и не развивает свои способности. Если, наоборот, она слишком тяжелая, то результаты ухудшаются из-за перегрузки организма. Физическая нагрузка во время некоторых упражнений, таких как велосипедный спорт или плавание, зависит от многих факторов окружающей среды, таких как состояние дороги или ветер. Такую нагрузку трудно измерить, однако можно выяснить с какой мощностью организм противодействует этой нагрузке, после чего изменять схему упражнений, в зависимости от желаемой нагрузки.

Автор статьи: Kateryna Yuri