In Physik und Chemie ist das Elektronvolt oder Elektron-Volt (Plural Elektronvolt oder Elektron-Volt) (Symbol eV ) eine Maßeinheit für Energie .
Der Wert des Elektronvolts ist definiert als die kinetische Energie eines Elektrons, das aus der Ruhe durch eine Potentialdifferenz von einem Volt beschleunigt wird : 1 eV = (1 e ) × (1 V ), wobei e den absoluten Wert der elektrischen Ladung von . bezeichnet das Elektron (oder Elementarladung ). Ein Elektronvolt ist gleich:
1 eV = 1,602 176 634 × 10 -19 J .Es ist eine Einheit außerhalb des Internationalen Einheitensystems (SI), aber seine Verwendung wird damit akzeptiert . Sein Wert wird experimentell ermittelt.
oder :
h = 6.626 070 15 × 10 −34 J s ist die Plancksche Konstante ; α = 7,297 352 566 4 (17) × 10 −3 ( dimensionslos ) ist die Feinstrukturkonstante ; μ 0 = 4π × 10 −7 H /m ist die magnetische Permeabilität des Vakuums ; c = 2,997 924 58 × 10 8 m / s ist die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum; J ist das Joule- Symbol ; Es ist das Symbol der Coulomb .Das Elektronvolt wird insbesondere in der Teilchenphysik verwendet , um die Energieniveaus auszudrücken, die in Teilchenbeschleunigern und der Kernfusion auftreten , in der Halbleiterphysik , um deren Lücke auszudrücken oder in der Plasmaphysik:
Übliche Teilzahl und Vielfache :
In einigen relativ alten Dokumenten findet man die Notation „BeV“, für Milliarde Elektronenvolt ( „Milliarden Elektronenvolt“ ): BeV ist äquivalent zu GeV (Gigaelektronenvolt).
In der Chemie werden einige spezifische Energiemessungen, insbesondere das elektrochemische Potential , das Extraktionspotential der Elemente, die Ionisationsenergie gasförmiger Atome oder anderer Moleküle in der Atomistik , die thermische Energie von Molekülen, häufig in eV ausgedrückt .
1 eV = 96,485 kJ / mol oder 23,06 kcal / molAus der Beziehung E = mc 2 der speziellen Relativitätstheorie leiten wir ab:
Zum Beispiel kann die Masse des Elektrons ist 511 keV / c 2 , die des Protons von 938 MeV / c 2 und das des Neutrons ist 940 MeV / c 2 .
In dem von Teilchenphysikern oft verwendeten System der natürlichen Einheiten , in dem wir c = 1 setzen, verzichten wir darauf, "/ c 2 " zu schreiben .
Nach der vorherigen Überlegung können wir auch das Elektronvolt als Impulseinheit in eV / c verwenden . Auch hier ermöglicht das System der natürlichen Einheiten , diesen Impuls direkt in eV zu schreiben , im Allgemeinen entweder in GeV oder in TeV .
In einigen Bereichen wie der Plasmaphysik kann es sinnvoll sein, das Elektronvolt als Temperatureinheit zu verwenden. Zur Durchführung der Umrechnung wird die Boltzmann-Konstante k B verwendet .
Zum Beispiel kann eine typische Plasmatemperatur in einer Fusion mittels magnetischen Einschlusses ist 15 keV oder 174 MK ( megakelvins ). Die Umgebungstemperatur (~ 20 ° C ) entspricht 1/40 eines Elektronenvolts ( 0,025 eV ).
Es kommt auch vor, dass wir eine sehr kurze Dauer in Elektronenvolt messen. Tatsächlich nach dem Verhältnis von Heisen , wir eine Zeit Energie bieten können, und wenn die Zeit ist sehr klein (weniger als die Attosekunden oder 10 -18 s ) ist die Messung an Bedeutung in den Augen des Betrachters ausgedrückt in Sekunden als in eV. Die Konvertierung erfolgt durch:
Solche Laufzeiten sind vor allem in der gefundene Halbwertszeit von exotischen Kernen . Zum Beispiel beträgt die Halbwertszeit von 8 C 230 keV oder 1,43 × 10 –21 s .
Der Einfachheit halber ist es üblich, Faktor 2 bei Berechnungen mit mehreren Einheiten wegzulassen. Damit wird die Umrechnung zu ħ / eV = 6.582 119 × 10 −16 s
Es kommt auch vor, dass die Energie von Photonen in Elektronenvolt gemessen wird.
ist:aber h die Plancksche Konstante ist gleich:
und c die Lichtgeschwindigkeit 299 792 458 m s –1 beträgt .
Ein Photon von 1 eV hat also eine Wellenlänge von 1,239 841 875 µm . In der Praxis wird für ein 1 keV Photon eine Wellenlänge von 1,24 nm berechnet .
Bei Berechnungen mit mehreren Einheiten ist es besser, ħ statt h zu verwenden. Die Formel zur Berechnung der Lichtgeschwindigkeit bleibt eine Distanz geteilt durch eine Zeit (also ohne Anpassung um den Faktor 2 ).