Electró-Volt: Unitat d'energia

És una unitat d'energia, la qual equivalència exacta en joules és:

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

$${\displaystyle 1\,{\text{eV}}=1,602\,176\,634\times 10^{-19}{\text{J}}}$$

L'energia que adquireix un electró dins d'un camp elèctric és energia cinètica ${\textstyle E_{c}={\frac {1}{2}}mv^{2}}$, deguda a la velocitat ${\displaystyle v}$ que adquireix quan s'accelera l'electró de massa ${\displaystyle m}$. Aquesta energia es pot calcular a partir del treball ${\displaystyle W}$ que fa el camp elèctric sobre l'electró ${\displaystyle W=-q\Delta V}$. En el cas d'un electró ${\displaystyle q=-e}$, el valor de la càrrega elèctrica elemental, i si la diferència de potencial és 1 volt, ${\displaystyle \Delta V=1{\text{V}}}$, resulta que l'energia cinètica és:

$${\displaystyle E_{c}=W=-(-1,602\,176\,634\times 10^{-19})\,{\text{C}}\cdot 1{\text{V}}=1,602\,176\,634\times 10^{-19}{\text{J}}}$$

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

L'electró-volt és una unitat d'energia introduïda en física l'octubre del 1912 amb el nom en anglès d'equivalent volt, 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).

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 ${\displaystyle E=h\nu }$ , on ${\displaystyle h}$  és la constant de Planck i ${\displaystyle \nu }$  la freqüència en hertz.

 

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.

 

A causa de la relació massa i energia ${\displaystyle E=mc^{2}}$  o ${\textstyle m={\frac {E}{c^{2}}}}$  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:

$${\displaystyle m=1{\frac {\text{eV}}{c^{2}}}\cdot {\frac {1,602\times 10^{-19}{\text{J}}}{1{\text{eV}}}}\cdot {\frac {c^{2}}{(2,998\times 10^{8}{\text{m/s}})^{2}}}=1,783\times 10^{-36}{\text{kg}}}$$

 

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

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 k_B.

$${\displaystyle {1{\mbox{ eV}} \over k_{B}}={1,602\ 177\times 10^{-19}\,{\mbox{ J}} \over 1,380\ 650\times 10^{-23}\,{\mbox{ J/K}}}=11\ 605\,{\mbox{ K}}}$$
 

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 1/40^e electró-volt (0,025 eV).