Просмотр кода страницы Электронвольт

{{Единица измерения
|название    =Электронвольт
|обозначение =эВ, eV 
|изображение =
|описание    =
|величина    = [[энергия]]
|система     = [[Внесистемные единицы|внесистемная]]
|эталон      =
|производная = производная
|примечание  =
}}
'''Электро́нво́льт''' ('''электрон-вольт''', редко '''электроновольт'''; русское обозначение: '''эВ''', международное: '''eV''') — внесистемная единица [[Энергия|энергии]], используемая в атомной и [[Ядерная физика|ядерной физике]], в [[Физика элементарных частиц|физике элементарных частиц]] и в близких и родственных областях науки ([[Биофизика|биофизике]], [[Физическая химия|физической химии]], [[Астрофизика|астрофизике]] {{итп}}).
В [[РФ|Российской Федерации]] электронвольт допущен к использованию в качестве внесистемной единицы без ограничения срока с областью применения «[[физика]]»<ref>[http://www.fundmetrology.ru/depository/01_npa/po879.pdf#page=6 Положение о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации.] {{Wayback|url=http://www.fundmetrology.ru/depository/01_npa/po879.pdf#page=6 |date=20131102193757 }} Утверждено Постановлением Правительства РФ от 31 октября 2009 г. № 879.</ref>.

== Определение ==
Один электронвольт равен [[Энергия|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">{{БСЭ3|заглавие=Электронвольт}}</ref>. Так как работа при переносе заряда {{math|''q''}} равна {{math|''qU''}} (где {{math|''U''}} — разность потенциалов), а [[элементарный заряд]] 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]]'''}}.

== Основные сведения ==
В [[физика элементарных частиц|физике элементарных частиц]] в электронвольтах обычно выражается не только энергия {{math|''Е''}}, но и масса {{math|''m''}} элементарных частиц<ref>[https://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 {{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" />. [[Атомная единица массы]] близка по значению к {{nobr|1 ГэВ}} (с точностью около 7 %): {{nobr|1 [[атомная единица массы|а. е. м.]] {{=}} 931,494 0954(57) МэВ}}, и напротив, {{nobr|1 ГэВ {{=}} 1,073 544 1105(66) а. е. м.}}<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:
* килоэлектронвольт (кэВ) — 1000 эВ,
* мегаэлектронвольт (МэВ) — 1 [[Миллион|млн]] электронвольт,
* гигаэлектронвольт (ГэВ) — 1 [[Миллиард|млрд]] электронвольт.
* 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>.

[[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]]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.

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 [[фотоэффект]]е — минимальная энергия, необходимая для удаления [[электрон]]а из вещества под действием [[свет]]а.

В [[Химия|химии]] часто используется молярный эквивалент электронвольта. Если один [[Моль (единица измерения)|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 электронвольтах измеряется также [[ширина распада]] {{math|Γ}} элементарных частиц и других квантовомеханических состояний, например ядерных энергетических уровней. Ширина распада — это неопределённость энергии состояния, связанная с [[время жизни|временем жизни]] состояния {{math|τ}} [[соотношение неопределённостей|соотношением неопределённостей]]: {{nobr|{{math|Γ}} {{=}} {{hbar}}/{{math|τ}}}}). Частица с шириной распада {{nobr|1 эВ}} имеет время жизни {{nobr|6,582 119 514(40){{e|−16}} с}}<ref name="CODATA allascii" />. Аналогично квантовомеханическое состояние с временем жизни {{nobr|1 с}} имеет ширину {{nobr|6,582 119 514(40){{e|−16}} эВ}}.

Одним из первых термин «электронвольт» применил американский физик и инженер {{iw|Дарроу, Карл|Карл Дарроу|en|Karl K. Darrow}} в 1923 году<ref>{{статья |автор={{nobr|Darrow  K. K.}}|заглавие=Some Contemporary Advances in Physics |ссылка=http://www3.alcatel-lucent.com/bstj/vol02-1923/articles/bstj2-4-101.pdf |язык=en |издание= Bell System Technical Journal |тип= |год= |volume=2 (4) |pages=110 |doi= |issn=}}</ref>.

== Кратные и дольные единицы ==
В ядерной физике и [[Физика высоких энергий|физике высоких энергий]] обычно используются кратные единицы: килоэлектронвольты (кэВ, keV, 10<sup>3</sup> эВ), мегаэлектронвольты (МэВ, MeV, 10<sup>6</sup> эВ), гигаэлектронвольты (ГэВ, GeV, 10<sup>9</sup> эВ) и тераэлектронвольты (ТэВ, TeV, 10<sup>12</sup> эВ). В физике [[космические лучи|космических лучей]], кроме того, используются петаэлектронвольты (ПэВ, PeV, 10<sup>15</sup> эВ) и эксаэлектронвольты (ЭэВ, EeV, 10<sup>18</sup> эВ). В [[Зонная теория|зонной теории]] твердого тела, [[Физика полупроводников|физике полупроводников]] и физике [[нейтрино]] — дольные единицы: миллиэлектронвольты (мэВ, meV, 10<sup>−3</sup> эВ).
{{Кратные и дольные единицы|электронвольт|эВ|eV}}

== Некоторые значения энергий и масс в электронвольтах ==
{| class="wikitable"
 |Энергия [[квант]]а [[свет|электромагнитного излучения]] с [[частота|частотой]] 1 [[Терагерцевое излучение|ТГц]]
 | <center> 4,13 мэВ </center>
 |-
 |Тепловая энергия поступательного движения одной молекулы при комнатной температуре
 | <center> 0,025 эВ </center>
 |-
 |Энергия [[фотон]]а с [[длина волны|длиной волны]] 1240 [[нанометр|нм]] (ближняя [[инфракрасное излучение|инфракрасная]] область оптического спектра)
 | <center> 1,0 эВ </center>
 |-
 |Энергия [[фотон]]а с длиной волны ~500 нм (граница зелёного и голубого цветов в видимом спектре)
 | <center> ~2,5 эВ </center>
 |-
 |Энергия образования одной молекулы [[вода|воды]] из водорода и кислорода<ref>Равна стандартной [[энтальпия|энтальпии]] образования воды в джоулях на моль, деленной на [[постоянная Авогадро|постоянную Авогадро]] и деленной на модуль заряда [[электрон]]а в кулонах</ref>
 | <center> 3,0 эВ </center>
 |-
 |[[Постоянная Ридберга]] (почти равна энергии ионизации [[атом]]а [[водород]]а)
 | <center> 13,605 693 009(84) эВ </center>
 |-
 |Энергия электрона в лучевой трубке телевизора
 | <center> Порядка 20 кэВ </center>
 |-
 |Энергии [[космические лучи|космических лучей]]
 | <center> 1 МэВ — 1{{e|21}} эВ </center>
 |-
 !colspan=2 |<center>Типичная энергия ядерного распада</center>
 |-
 |[[Альфа-частица|альфа-частицы]]
 | <center> 2—10 МэВ <ref name="Spectrum Catalogue">[http://sites.fas.harvard.edu/~phys191r/Bench_Notes/B1/NAI_catalog.pdf Gamma-Ray Spectrum Catalogue]</ref></center>
 |-
 |[[Бета-частица|бета-частицы]]
 | <center> 0,1—6 МэВ <ref name="Spectrum Catalogue"/></center>
 |-
 |[[гамма-лучи]]
 | <center> 0—5 МэВ <ref name="Spectrum Catalogue"/></center>
 |-
 !colspan=2 |<center>Массы частиц</center>
 |-
 |[[Нейтрино]]<ref name="collider2">[http://elementy.ru/posters/collider/2 Единицы измерения расстояний, энергий и масс]</ref>
 | <center> Сумма масс всех трёх [[Аромат (физика)|ароматов]] {{nobr|< 0,28 эВ}} </center>
 |-
 |[[Электрон]]<ref name="collider2" />
 | <center> 0,510 998 9461(31) МэВ<ref name="CODATA allascii" /> </center>
 |-
 |[[Протон]]<ref name="collider2" />
 | <center> 938,272 0813(58) МэВ<ref name="CODATA allascii" /> </center>
 |-
 |[[Бозон Хиггса]]
 | <center> 125,09 ± 0,24 ГэВ<ref>{{Cite web |url=http://elementy.ru/LHC/news?theme=2653111&newsid=432430 |title=ATLAS и CMS обнародовали совместное измерение массы хиггсовского бозона |accessdate=2015-06-28 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20150402102113/http://elementy.ru/LHC/news?theme=2653111&newsid=432430 |archivedate=2015-04-02 |deadlink=yes }}</ref> </center>
 |-
 |[[t-кварк]]<ref name="collider2" />
 | <center> 173,315&nbsp;±&nbsp;0,485&nbsp;±&nbsp;1,23 [[ГэВ]]<ref>[http://elementy.ru/LHC/LHC_results/top-quark Свойства топ-кварка: результаты]</ref> </center>
 |-
 |-
 !colspan=2 |<center>[[Планковская масса]]</center>
 |-
 |<math>M_P = \sqrt{\frac{\hbar c}{G}}</math>
 | <center> 1,220 910(29){{e|19}} ГэВ<ref name="CODATA allascii" /></center>
 |}

== Примечания ==
{{примечания}}

== Ссылки ==
* [http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt CODATA: Fundamental Physical Constants — Complete Listing]
* [http://2mb.ru/work_and_energy.html Онлайн-конвертор единиц электронвольт в другие системы счислений]
{{ВС}}

[[Категория:Единицы измерения энергии в физике]]
[[Категория:Единицы измерения массы в физике]]
[[Категория:Единицы измерения температуры в физике]]
[[Категория:Единицы измерения импульса]]
[[Категория:Единицы измерения в физике элементарных частиц]]