Electró-volt
| Tipus | unitat d'energia, unitats que no formen part del SI però s'hi mencionen i accepten, unitat derivada en UCUM, unitat de massa i constant física  |
|---|---|
| Unitat de | energia |
| Epònim | electró |
| Conversions d'unitats | |
| A unitats del SI | 0 J |
Un electró-volt (símbol: eV) —de vegades electronvolt, que també és correcte[1]— és la quantitat d'energia adquirida per un electró lliure en travessar un camp elèctric amb una diferència de potencial d'un volt. És una unitat d'energia, la qual equivalència exacta en joules és:[2]
L'energia que adquireix un electró dins d'un camp elèctric és energia cinètica , deguda a la velocitat que adquireix quan s'accelera l'electró de massa . Aquesta energia es pot calcular a partir del treball que fa el camp elèctric sobre l'electró .[3] En el cas d'un electró , el valor de la càrrega elèctrica elemental, i si la diferència de potencial és 1 volt, , resulta que l'energia cinètica és:
L'electró-volt no és una unitat del Sistema Internacional d'Unitats (SI), però està acceptada per ser utilitzada amb unitats del SI. Com que l'electró-volt és una quantitat ínfima, sovint se n'utilitzen els múltiples del SI, que són:
- El quiloelectró-volt: 1 keV = 10³ eV
- El megaelectró-volt: 1 MeV = 10⁶ eV
- El gigaelectró-volt: 1 GeV = 10⁹ eV
- El teraelectró-volt: 1 TeV = 1012 eV
-
Owen W. Richardson
-
Karl T. Compton.
Història
[modifica]L'electró-volt és una unitat d'energia introduïda en física l'octubre del 1912 amb el nom en anglès d'equivalent volt,[4] en un article sobre l'efecte fotoelèctric, pel físic anglès Owen Willans Richardson (1879-1959), Premi Nobel de Física del 1928, i l'estatunidenc Karl Taylor Compton (1887-1954) de la Universitat de Princeton, germà del Premi Nobel de Física del 1927 Arthur Holly Compton (1892-1962).[5]
Radiació electromagnètica
[modifica]La radiació electromagnètica a partir de l'infraroig proper fins als raigs còsmics més energètics sovint es classifiquen en intervals d'energia mesurats en electró-volts. La relació entre l'energia en joules del fotó i la freqüència de la radiació és la fórmula d'Einstein , on és la constant de Planck i la freqüència en hertz.
| Nom de la radiació | Energies (eV) | Energies (J) | Freqüències (Hz) |
|---|---|---|---|
| Part de les microones i infraroig llunyà | 0,1 – 1 | (1,6 – 16) × 10–20 | (3 – 30) × 1013 |
| Infraroig proper, visible i ultraviolat proper | 1 – 10 | (1,6 – 16) × 10–19 | (3 – 30) × 1014 |
| Ultraviolat de buit | 10 – 100 | (1,6 – 16) × 10–18 | (3 – 30) × 1015 |
| Raigs X blans | 100 – 1 000 | (1,6 – 16) × 10–17 | (3 – 30) × 1016 |
| Raigs X blans | (1 – 10) × 10³ | (1,6 – 16) × 10–16 | (3 – 30) × 1017 |
| Raigs X durs i raigs γ blans | (1 – 10) × 104 | (1,6 – 16) × 10–15 | (3 – 30) × 1018 |
| Raigs γ blans i durs | (1 – 10) × 10⁵ | (1,6 – 16) × 10–14 | (3 – 30) × 1019 |
| Raigs γ durs i raigs γ còsmics | (1 – 10) × 106 | (1,6 – 16) × 10–13 | (3 – 30) × 1020 |
| Raigs γ produïts per raigs còsmics | (1 – 10) × 107 | (1,6 – 16) × 10–12 | (3 – 30) × 1021 |
Energies de fenòmens atòmics i moleculars
[modifica]
Diferents energies de fenòmens atòmics s'expressen en electró-volts. És el cas de l'energia d'ionització, l'energia que cal aportar a un àtom o una molècula per extreure-li un electró. És una propietat característica de cada element químic i presenta una variació regular en la taula periòdica. Els valors oscil·len entre 3,89 eV pel cesi fins a 24,59 eV de l'heli. També el treball d'extracció dels metalls o funció de treball, l'energia necessària per extreure electrons d'un sòlid, s'expressen en electró-volts. S'empra en l'efecte fotoelèctric i l'efecte termoiònic.
| Elements | Al | Ag | Be | Cd | Ca | Cs | Co | Cu | Ni | Nb | Au | Pt | Zn |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Funció de treball (eV) | 4,08 | 4,26-4,73 | 5,0 | 4,07 | 2,9 | 1,95 | 5,0 | 4,7 | 5,01 | 4,3 | 5,1 | 6,36 | 4,3 |
Masses en eV
[modifica]
A causa de la relació massa i energia o establerta pel físic alemany Albert Einstein el 1905, en física de partícules usa l'eV/c² com a unitat de massa, amb l'avantatge que la conversió entre massa i energia és trivial. Per exemple, un electró i un positró, cadascun amb una massa de 0,511 MeV/c², poden aniquilar-se generant una energia de 2 · 0,511 MeV = 1,022 MeV. L'equivalència és:
- 1 eV/c² = 1,783 × 10–36 kg
- 1 keV/c² = 1,783 × 10–33 kg
- 1 MeV/c² = 1,783 × 10–30 kg
- 1 GeV/c² = 1,783 × 10–27 kg
Mesura de la temperatura
[modifica]En algunes àrees, com per exemple la física dels plasmes, pot ser convenient utilitzar l'electró-volt com la unitat de la temperatura. Per a saber la temperatura d'una partícula en kèlvins, a partir de la seva energia en electró-volts, es fa servir la constant de Boltzmann kB.
Per exemple, una temperatura típica del plasma a una fusió per confinament magnètic és de 15 keV, és a dir 174 MK (megakelvins). La temperatura ambient (~ 20 °C) correspondria a 1/40e electró-volt (0,025 eV).
Referències
[modifica]- ↑ «Electró-volt». Gran Enciclopèdia Catalana. Barcelona: Grup Enciclopèdia Catalana.
- ↑ «CODATA Value: electron volt». [Consulta: 28 juliol 2023].
- ↑ Jackson, J. D.. Classical Electrodynamics. 2a ed. Nova York: John Wiley & Sons, 1975, p. 45. ISBN 978-0-471-43132-9.
- ↑ Gyllenbok, Jan. Encyclopaedia of historical metrology, weights, and measures. Cham: Birkhäuser, 2018. ISBN 978-3-319-69067-4.
- ↑ Richardson, O.W.; Compton, Karl T. «LIII. The photoelectric effect». The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, 24, 142, 10-1912, pàg. 575–594. DOI: 10.1080/14786441008637361. ISSN: 1941-5982.
- ↑ Lide, David R.; Frederikse, H. P. R.. CRC handbook of chemistry and physics: a ready-reference book of chemical and physical data. 76th ed. Boca Raton: CRC press, 1997. ISBN 978-0-8493-0597-9.
- ↑ Zolotoyabko, Emil. Introduction to solid state physics for materials engineers. Weinheim: Wiley-VCH, 2021. ISBN 978-3-527-34884-8.
Bibliografia
[modifica]- Diccionari de la llengua catalana, dirigit per Jesús Giralt i Radigales, Enciclopèdia Catalana, Barcelona 2002.
