Электронвольт — Википедия (с комментариями)
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Электро́нво́льт (электрон-вольт, редко электроновольт; русское обозначение: эВ, международное: eV) — внесистемная единица энергии, используемая в атомной и ядерной физике, в физике элементарных частиц и в близких и родственных областях науки (биофизике, физической химии, астрофизике и т. п.). В Российской Федерации электронвольт допущен к использованию в качестве внесистемной единицы без ограничения срока с областью применения «физика»[1].
Определение
Один электронвольт равен энергии, необходимой для переноса элементарного заряда в электростатическом поле между точками с разницей потенциалов в 1 В[2]. Так как работа при переносе заряда q равна qU (где U — разность потенциалов), а элементарный заряд составляет 1,602 176 6208(98)·10−19Кл[3], то:
- 1 эВ = 1,602 176 6208(98)·10−19Дж = 1,602 176 6208(98)·10
Основные сведения
В физике элементарных частиц в электронвольтах обычно выражается не только энергия Е, но и масса m элементарных частиц[4][5][6]. Основанием для этого служит тот факт, что в силу эквивалентности массы и энергии выполняется соотношение Е = mc2, где c — скорость света. Поскольку 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 1 эВ = 1,782 661 907(11)·10−36
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
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 = 3⁄2kТ[5]. В температурных единицах 1 эВ соответствует 1,160 452 21(67)·104кельвин[3] (см. постоянная Больцмана)[8].
В электронвольтах выражают энергию квантов электромагнитного излучения (фотонов). Энергия фотонов с частотой ν в электронвольтах численно равна
- hc = 1239,841 9739(76) эВ·нм[3] ≈ 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 89(59) Дж[3], 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/τ). Частица с шириной распада 1 эВ имеет время жизни 6,582 119 514(40)·10−16 с[3]. 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[9].
Кратные и дольные единицы
В ядерной физике и физике высоких энергий обычно используются кратные единицы: килоэлектронвольты (кэВ, keV, 10
| Кратные | Дольные | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| величина | название | обозначение | величина | название | обозначение | ||
| 101 эВ | декаэлектронвольт | даэВ | daeV | 10−1 эВ | дециэлектронвольт | дэВ | deV |
| 102 эВ | гектоэлектронвольт | гэВ | heV | 10−2 эВ | сантиэлектронвольт | сэВ | ceV |
| 103 эВ | килоэлектронвольт | кэВ | keV | 10−3 эВ | миллиэлектронвольт | мэВ | meV |
| 106 эВ | мегаэлектронвольт | МэВ | MeV | 10−6 эВ | микроэлектронвольт | мкэВ | µeV |
| 109 эВ | гигаэлектронвольт | ГэВ | GeV | 10−9 эВ | наноэлектронвольт | нэВ | neV |
| 1012 эВ | тераэлектронвольт | ТэВ | TeV | 10−12 эВ | пикоэлектронвольт | пэВ | peV |
| 1015 эВ | петаэлектронвольт | ПэВ | PeV | 10−15 эВ | фемтоэлектронвольт | фэВ | feV |
| 1018 эВ | эксаэлектронвольт | EeV | 10−18 эВ | аттоэлектронвольт | аэВ | aeV | |
| 1021 эВ | зеттаэлектронвольт | ЗэВ | ZeV | 10−21 эВ | зептоэлектронвольт | зэВ | zeV |
| 1024 эВ | иоттаэлектронвольт | ИэВ | YeV | 10−24 эВ | иоктоэлектронвольт | иэВ | yeV |
| применять не рекомендуется | |||||||
Некоторые значения энергий и масс в электронвольтах
| Энергия кванта электромагнитного излучения с частотой 1 ТГц | 4,13 мэВ |
| Тепловая энергия поступательного движения одной молекулы при комнатной температуре | 0,025 эВ |
| Энергия фотона с длиной волны 1240 нм (ближняя инфракрасная область оптического спектра) | 1,0 эВ |
| Энергия фотона с длиной волны ~500 нм (граница зелёного и голубого цветов в видимом спектре) | ~2,5 эВ |
| Энергия образования одной молекулы воды из водорода и кислорода[10] | 3,0 эВ |
| Постоянная Ридберга (почти равна энергии ионизации атома водорода) | 13,605 693 009(84) эВ |
| Энергия электрона в лучевой трубке телевизора | Порядка 20 кэВ |
| Энергии космических лучей | 1 МэВ — 1·1021 эВ |
| альфа-частицы | 2—10 МэВ [11] |
| бета-частицы | 0,1—6 МэВ [11] |
| гамма-лучи | 0—5 МэВ [11] |
| Массы частиц | |
| Нейтрино[12] | Сумма масс всех трёх ароматов < 0,28 эВ |
| Электрон[12] | 0,510 998 9461(31) МэВ[3] |
| Протон[12] | 938,272 0813(58) МэВ[3] |
| Бозон Хиггса | 125,09 ± 0,24 ГэВ[13] |
| t-кварк[12] | 173,315 ± 0,485 ± 1,23 ГэВ[14] |
| Планковская масса | |
| <math>M_P = \sqrt{\frac{\hbar c}{G}}</math> | 1,220 910(29)·1019 ГэВ[3] |
Напишите отзыв о статье «Электронвольт»
Примечания
- ↑ [www.fundmetrology.ru/depository/01_npa/po879.pdf#page=6 Положение о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации.] Утверждено Постановлением Правительства РФ от 31 октября 2009 г. № 879.
- ↑ Электронвольт // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.</span>
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Fundamental Physical Constants — Complete Listing
- ↑ [web.archive.org/web/20120703132646/www.gpad.ac.ru/info/contributions/Okun_Prez.pdf Научно-популярный доклад на Президиуме РАН Л. Б. Окуня]
- ↑ 1 2 [www.femto.com.ua/articles/part_2/4671.html Электронвольт] // Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. — Т. 5. Стробоскопические приборы — Яркость. — С. 545. — 760 с. — ISBN 5-85270-101-7.
- ↑ В учебной и научно-популярной литературе массы элементарных частиц чаще выражаются в единицах СИ или в а. е. м.
- ↑ [cms.web.cern.ch/content/glossary Glossary] — CMS Collaboration, CERN: «Electronvolt (eV): A unit of energy or mass used in particle physics». (англ.)
- ↑ [physics.nist.gov/cuu/Constants/energy.html Conversion factors for energy equivalents]
- ↑ Darrow K. K. [www3.alcatel-lucent.com/bstj/vol02-1923/articles/bstj2-4-101.pdf Some Contemporary Advances in Physics] (англ.) // Bell System Technical Journal. — Vol. 2 (4). — P. 110.
- ↑ Равна стандартной энтальпии образования воды в джоулях на моль, деленной на постоянную Авогадро и деленной на модуль заряда электрона в кулонах
- ↑ 1 2 3 [sites.fas.harvard.edu/~phys191r/Bench_Notes/B1/NAI_catalog.pdf Gamma-Ray Spectrum Catalogue]
- ↑ 1 2 3 4 [elementy.ru/posters/collider/2 Единицы измерения расстояний, энергий и масс]
- ↑ [elementy.ru/LHC/news?theme=2653111&newsid=432430 ATLAS и CMS обнародовали совместное измерение массы хиггсовского бозона]
- ↑ [elementy.ru/LHC/LHC_results/top-quark Свойства топ-кварка: результаты]
</ol>
Ссылки
- [physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt CODATA: Fundamental Physical Constants — Complete Listing]
- [2mb.ru/work_and_energy.html Онлайн конвертор единиц электронвольт в другие системы счислений]
Отрывок, характеризующий Электронвольт
Денежные дела Ростовых не поправились в продолжение двух лет, которые они пробыли в деревне.
Несмотря на то, что Николай Ростов, твердо держась своего намерения, продолжал темно служить в глухом полку, расходуя сравнительно мало денег, ход жизни в Отрадном был таков, и в особенности Митенька так вел дела, что долги неудержимо росли с каждым годом. Единственная помощь, которая очевидно представлялась старому графу, это была служба, и он приехал в Петербург искать места; искать места и вместе с тем, как он говорил, в последний раз потешить девчат.
Вскоре после приезда Ростовых в Петербург, Берг сделал предложение Вере, и предложение его было принято.
Несмотря на то, что в Москве Ростовы принадлежали к высшему обществу, сами того не зная и не думая о том, к какому они принадлежали обществу, в Петербурге общество их было смешанное и неопределенное. В Петербурге они были провинциалы, до которых не спускались те самые люди, которых, не спрашивая их к какому они принадлежат обществу, в Москве кормили Ростовы.
Ростовы в Петербурге жили так же гостеприимно, как и в Москве, и на их ужинах сходились самые разнообразные лица: соседи по Отрадному, старые небогатые помещики с дочерьми и фрейлина Перонская, Пьер Безухов и сын уездного почтмейстера, служивший в Петербурге. Из мужчин домашними людьми в доме Ростовых в Петербурге очень скоро сделались Борис, Пьер, которого, встретив на улице, затащил к себе старый граф, и Берг, который целые дни проводил у Ростовых и оказывал старшей графине Вере такое внимание, которое может оказывать молодой человек, намеревающийся сделать предложение.
Берг недаром показывал всем свою раненую в Аустерлицком сражении правую руку и держал совершенно не нужную шпагу в левой. Он так упорно и с такою значительностью рассказывал всем это событие, что все поверили в целесообразность и достоинство этого поступка, и Берг получил за Аустерлиц две награды.
В Финляндской войне ему удалось также отличиться. Он поднял осколок гранаты, которым был убит адъютант подле главнокомандующего и поднес начальнику этот осколок. Так же как и после Аустерлица, он так долго и упорно рассказывал всем про это событие, что все поверили тоже, что надо было это сделать, и за Финляндскую войну Берг получил две награды. В 19 м году он был капитан гвардии с орденами и занимал в Петербурге какие то особенные выгодные места.
Хотя некоторые вольнодумцы и улыбались, когда им говорили про достоинства Берга, нельзя было не согласиться, что Берг был исправный, храбрый офицер, на отличном счету у начальства, и нравственный молодой человек с блестящей карьерой впереди и даже прочным положением в обществе.
Четыре года тому назад, встретившись в партере московского театра с товарищем немцем, Берг указал ему на Веру Ростову и по немецки сказал: «Das soll mein Weib werden», [Она должна быть моей женой,] и с той минуты решил жениться на ней. Теперь, в Петербурге, сообразив положение Ростовых и свое, он решил, что пришло время, и сделал предложение.
Предложение Берга было принято сначала с нелестным для него недоумением. Сначала представилось странно, что сын темного, лифляндского дворянина делает предложение графине Ростовой; но главное свойство характера Берга состояло в таком наивном и добродушном эгоизме, что невольно Ростовы подумали, что это будет хорошо, ежели он сам так твердо убежден, что это хорошо и даже очень хорошо. Притом же дела Ростовых были очень расстроены, чего не мог не знать жених, а главное, Вере было 24 года, она выезжала везде, и, несмотря на то, что она несомненно была хороша и рассудительна, до сих пор никто никогда ей не сделал предложения. Согласие было дано.
– Вот видите ли, – говорил Берг своему товарищу, которого он называл другом только потому, что он знал, что у всех людей бывают друзья. – Вот видите ли, я всё это сообразил, и я бы не женился, ежели бы не обдумал всего, и это почему нибудь было бы неудобно. А теперь напротив, папенька и маменька мои теперь обеспечены, я им устроил эту аренду в Остзейском крае, а мне прожить можно в Петербурге при моем жалованьи, при ее состоянии и при моей аккуратности. Прожить можно хорошо. Я не из за денег женюсь, я считаю это неблагородно, но надо, чтоб жена принесла свое, а муж свое. У меня служба – у нее связи и маленькие средства. Это в наше время что нибудь такое значит, не так ли? А главное она прекрасная, почтенная девушка и любит меня…
Берг покраснел и улыбнулся.
– И я люблю ее, потому что у нее характер рассудительный – очень хороший. Вот другая ее сестра – одной фамилии, а совсем другое, и неприятный характер, и ума нет того, и эдакое, знаете?… Неприятно… А моя невеста… Вот будете приходить к нам… – продолжал Берг, он хотел сказать обедать, но раздумал и сказал: «чай пить», и, проткнув его быстро языком, выпустил круглое, маленькое колечко табачного дыма, олицетворявшее вполне его мечты о счастьи.
Подле первого чувства недоуменья, возбужденного в родителях предложением Берга, в семействе водворилась обычная в таких случаях праздничность и радость, но радость была не искренняя, а внешняя. В чувствах родных относительно этой свадьбы были заметны замешательство и стыдливость. Как будто им совестно было теперь за то, что они мало любили Веру, и теперь так охотно сбывали ее с рук. Больше всех смущен был старый граф. Он вероятно не умел бы назвать того, что было причиной его смущенья, а причина эта была его денежные дела. Он решительно не знал, что у него есть, сколько у него долгов и что он в состоянии будет дать в приданое Вере. Когда родились дочери, каждой было назначено по 300 душ в приданое; но одна из этих деревень была уж продана, другая заложена и так просрочена, что должна была продаваться, поэтому отдать имение было невозможно. Денег тоже не было.
Берг уже более месяца был женихом и только неделя оставалась до свадьбы, а граф еще не решил с собой вопроса о приданом и не говорил об этом с женою. Граф то хотел отделить Вере рязанское именье, то хотел продать лес, то занять денег под вексель. За несколько дней до свадьбы Берг вошел рано утром в кабинет к графу и с приятной улыбкой почтительно попросил будущего тестя объявить ему, что будет дано за графиней Верой. Граф так смутился при этом давно предчувствуемом вопросе, что сказал необдуманно первое, что пришло ему в голову.
– Люблю, что позаботился, люблю, останешься доволен…
И он, похлопав Берга по плечу, встал, желая прекратить разговор. Но Берг, приятно улыбаясь, объяснил, что, ежели он не будет знать верно, что будет дано за Верой, и не получит вперед хотя части того, что назначено ей, то он принужден будет отказаться.
– Потому что рассудите, граф, ежели бы я теперь позволил себе жениться, не имея определенных средств для поддержания своей жены, я поступил бы подло…
Разговор кончился тем, что граф, желая быть великодушным и не подвергаться новым просьбам, сказал, что он выдает вексель в 80 тысяч. Берг кротко улыбнулся, поцеловал графа в плечо и сказал, что он очень благодарен, но никак не может теперь устроиться в новой жизни, не получив чистыми деньгами 30 тысяч. – Хотя бы 20 тысяч, граф, – прибавил он; – а вексель тогда только в 60 тысяч.
– Да, да, хорошо, – скороговоркой заговорил граф, – только уж извини, дружок, 20 тысяч я дам, а вексель кроме того на 80 тысяч дам. Так то, поцелуй меня.
Наташе было 16 лет, и был 1809 год, тот самый, до которого она четыре года тому назад по пальцам считала с Борисом после того, как она с ним поцеловалась. С тех пор она ни разу не видала Бориса. Перед Соней и с матерью, когда разговор заходил о Борисе, она совершенно свободно говорила, как о деле решенном, что всё, что было прежде, – было ребячество, про которое не стоило и говорить, и которое давно было забыто. Но в самой тайной глубине ее души, вопрос о том, было ли обязательство к Борису шуткой или важным, связывающим обещанием, мучил ее.
С самых тех пор, как Борис в 1805 году из Москвы уехал в армию, он не видался с Ростовыми. Несколько раз он бывал в Москве, проезжал недалеко от Отрадного, но ни разу не был у Ростовых.
Наташе приходило иногда к голову, что он не хотел видеть ее, и эти догадки ее подтверждались тем грустным тоном, которым говаривали о нем старшие:
– В нынешнем веке не помнят старых друзей, – говорила графиня вслед за упоминанием о Борисе.
Анна Михайловна, в последнее время реже бывавшая у Ростовых, тоже держала себя как то особенно достойно, и всякий раз восторженно и благодарно говорила о достоинствах своего сына и о блестящей карьере, на которой он находился. Когда Ростовы приехали в Петербург, Борис приехал к ним с визитом.
Он ехал к ним не без волнения. Воспоминание о Наташе было самым поэтическим воспоминанием Бориса. Но вместе с тем он ехал с твердым намерением ясно дать почувствовать и ей, и родным ее, что детские отношения между ним и Наташей не могут быть обязательством ни для нее, ни для него. У него было блестящее положение в обществе, благодаря интимности с графиней Безуховой, блестящее положение на службе, благодаря покровительству важного лица, доверием которого он вполне пользовался, и у него были зарождающиеся планы женитьбы на одной из самых богатых невест Петербурга, которые очень легко могли осуществиться. Когда Борис вошел в гостиную Ростовых, Наташа была в своей комнате. Узнав о его приезде, она раскрасневшись почти вбежала в гостиную, сияя более чем ласковой улыбкой.
МэВ — это… Что такое МэВ?
Электро́нво́льт (сокращённо эВ или eV) — внесистемная единица измерения энергии, широко используемая в атомной и квантовой физике. Один электронвольт равен энергии, которая необходима для переноса электрона в электростатическом поле между точками с разницей потенциалов 1 В. Так как работа при переносе заряда q равна qU (где U — разность потенциалов), а заряд электрона составляет −1,602 176 487(40)×10−19 Кл, то
- 1 эВ = 1,602 176 487(40)×10−19 Дж = 1,602 176 487(40)×10−12 эрг.
Как правило, через электронвольт выражается и масса элементарных частиц (исходя из уравнения Эйнштейна Е = mc²). 1 эВ/c² равен 1,782 661 758(44)·10−36кг, и напротив, 1 кг равен 5,609 589 12(14)·1035 эВ/c². 1 атомная единица массы равна 931,4 МэВ/c².
В температурных единицах 1 эВ = 11 604,505(20) кельвин (см. постоянная Больцмана). [1]
В химии часто используется молярный эквивалент электронвольта. Если один моль электронов перенесён между точками с разностью потенциалов 1 В, он приобретает (или теряет) энергию 96 485,3383(83) Дж, равную произведению 1 эВ на число Авогадро. Эта величина численно равна постоянной Фарадея.
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: 
). Частица с шириной распада 1 эВ имеет время жизни 6,582 118 89(26)·10−16 с. Напротив, квантовомеханическое состояние с временем жизни 1 с имеет ширину 4,135 667 33(10)·10−15 эВ.
Кратные и дольные единицы
В ядерной физике обычно используются величины кило- (103), мега- (106) и гига- (109) электронвольт.
| Кратные | Дольные | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| величина | название | обозначение | величина | название | обозначение | ||
| 101 эВ | декаэлектронвольт | даэВ | daeV | 10−1 эВ | дециэлектронвольт | дэВ | deV |
| 102 эВ | гектоэлектронвольт | гэВ | heV | 10−2 эВ | сантиэлектронвольт | сэВ | ceV |
| 103 эВ | килоэлектронвольт | кэВ | keV | 10−3 эВ | миллиэлектронвольт | мэВ | meV |
| 106 эВ | мегаэлектронвольт | МэВ | MeV | 10−6 эВ | микроэлектронвольт | мкэВ | µeV |
| 109 эВ | гигаэлектронвольт | ГэВ | GeV | 10−9 эВ | наноэлектронвольт | нэВ | neV |
| 1012 эВ | тераэлектронвольт | ТэВ | TeV | 10−12 эВ | пикоэлектронвольт | пэВ | peV |
| 1015 эВ | петаэлектронвольт | ПэВ | PeV | 10−15 эВ | фемтоэлектронвольт | фэВ | feV |
| 1018 эВ | эксаэлектронвольт | ЭэВ | EeV | 10−18 эВ | аттоэлектронвольт | аэВ | aeV |
| 1021 эВ | зеттаэлектронвольт | ЗэВ | ZeV | 10−21 эВ | зептоэлектронвольт | зэВ | zeV |
| 1024 эВ | йоттаэлектронвольт | ИэВ | YeV | 10−24 эВ | йоктоэлектронвольт | иэВ | yeV |
| применять не рекомендуется | |||||||
Некоторые значения энергии в электронвольтах
Ссылки
Wikimedia Foundation. 2010.
Электронвольт
Публикации по материалам Д. Джанколи. «Физика в двух томах» 1984 г. Том 2.
Электронвольт (электрон-вольт, электроновольт) — единица измерения электрической энергии, используемая в атомной и молекулярной физике.
Как мы увидим, джоуль оказывается слишком крупной единицей для измерения энергии электронов, атомов, молекул как в атомной и ядерной физике, так и в химии и молекулярной биологии. Здесь удобнее пользоваться единицей электрон-вольт (эВ). Один электрон-вольт равен энергии, которую приобретает электрон, проходя разность потенциалов 1 В (вольт). Заряд электрона равен 1,6*10-19 Кл, и, поскольку изменение потенциальной энергии равно qV,
1 эВ = (1,6*10-19 Кл)(1,0 В) =1,6*10-19 Дж.
Электрон, ускоренный разностью потенциалов 1000 В, теряет потенциальную энергию 1000 эВ и приобретает кинетическую энергию 1000 эВ (или 1 кэВ). Если той же разностью потенциалов ускорить частицу с вдвое большим зарядом (2е = 3,2*10-19 Кл), ее энергия изменится на 2000 эВ.
Электрон-вольт — удобная единица для измерения энергии молекул и элементарных частиц, но он не принадлежит к системе СИ. Поэтому при расчетах следует переводить электрон-вольты в джоули, пользуясь приведенным выше коэффициентом.
Электрический потенциал уединенного точечного заряда
Электрический потенциал на расстоянии r от уединенного точечного заряда Q можно получить непосредственно из формулы (24.4).
Электрическое поле точечного заряда имеет напряженность
и направлено вдоль радиуса от заряда (или к заряду, если Q а на расстоянии rа от Q до точки b на расстоянии rb от Q. Тогда вектор dl параллелен Е и dl = dr.
Таким образом,
Как уже говорилось, физический смысл имеет лишь разность потенциалов. Поэтому мы вправе присвоить потенциалу в какой-либо точке произвольное значение. Принято считать потенциал равным нулю на бесконечности (например, Vb = 0 при rb = оо), и тогда электрический потенциал на расстоянии r от уединенного точечного заряда равен
Это электрический потенциал относительно бесконечности; он иногда называется «абсолютным потенциалом» уединенного точечного заряда. Обратим внимание на то, что потенциал V убывает как первая степень расстояния от заряда, в то время как напряженность электрического поля убывает как квадрат расстояния.
Потенциал велик вблизи положительного заряда и убывает до нуля на очень большом расстоянии. Вблизи отрицательного заряда потенциал меньше нуля (отрицателен) и с увеличением расстояния возрастает до нуля.
Чтобы определить напряженность электрического поля системы зарядов, необходимо просуммировать напряженности полей, создаваемых каждым зарядом в отдельности. Поскольку напряженность поля-вектор, такое суммирование нередко вырастает в проблему. Найти же электрический потенциал нескольких точечных зарядов гораздо проще: потенциал-скалярная величина и при сложении потенциалов не требуется учитывать направление. В этом большое преимущество электрического потенциала. Суммирование можно легко выполнить для любого числа точечных зарядов.
Продолжение следует. Коротко о следующей публикации:
Потенциал электрического диполя .
Два равных по величине и противоположных по знаку точечных заряда, находящиеся на расстоянии друг от
друга, называются электрическим диполем.
Электрический потенциал, создаваемый диполем в произвольной точке представляет собой сумму потенциалов, создаваемых
каждым из зарядов
Альтернативные статьи:
Электрический ток, Закон Ома. Формулы.
Замечания и предложения принимаются и приветствуются!
ЭВ — это… Что такое ЭВ?
Электро́нво́льт (сокращённо эВ или eV) — внесистемная единица измерения энергии, широко используемая в атомной и квантовой физике. Один электронвольт равен энергии, которая необходима для переноса электрона в электростатическом поле между точками с разницей потенциалов 1 В. Так как работа при переносе заряда q равна qU (где U — разность потенциалов), а заряд электрона составляет −1,602 176 487(40)×10−19 Кл, то
- 1 эВ = 1,602 176 487(40)×10−19 Дж = 1,602 176 487(40)×10−12 эрг.
Как правило, через электронвольт выражается и масса элементарных частиц (исходя из уравнения Эйнштейна Е = mc²). 1 эВ/c² равен 1,782 661 758(44)·10−36кг, и напротив, 1 кг равен 5,609 589 12(14)·1035 эВ/c². 1 атомная единица массы равна 931,4 МэВ/c².
В температурных единицах 1 эВ = 11 604,505(20) кельвин (см. постоянная Больцмана). [1]
В химии часто используется молярный эквивалент электронвольта. Если один моль электронов перенесён между точками с разностью потенциалов 1 В, он приобретает (или теряет) энергию 96 485,3383(83) Дж, равную произведению 1 эВ на число Авогадро. Эта величина численно равна постоянной Фарадея.
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: ). Частица с шириной распада 1 эВ имеет время жизни 6,582 118 89(26)·10−16 с. Напротив, квантовомеханическое состояние с временем жизни 1 с имеет ширину 4,135 667 33(10)·10−15 эВ.
Кратные и дольные единицы
В ядерной физике обычно используются величины кило- (103), мега- (106) и гига- (109) электронвольт.
| Кратные | Дольные | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| величина | название | обозначение | величина | название | обозначение | ||
| 101 эВ | декаэлектронвольт | даэВ | daeV | 10−1 эВ | дециэлектронвольт | дэВ | deV |
| 102 эВ | гектоэлектронвольт | гэВ | heV | 10−2 эВ | сантиэлектронвольт | сэВ | ceV |
| 103 эВ | килоэлектронвольт | кэВ | keV | 10−3 эВ | миллиэлектронвольт | мэВ | meV |
| 106 эВ | мегаэлектронвольт | МэВ | MeV | 10−6 эВ | микроэлектронвольт | мкэВ | µeV |
| 109 эВ | гигаэлектронвольт | ГэВ | GeV | 10−9 эВ | наноэлектронвольт | нэВ | neV |
| 1012 эВ | тераэлектронвольт | ТэВ | TeV | 10−12 эВ | пикоэлектронвольт | пэВ | peV |
| 1015 эВ | петаэлектронвольт | ПэВ | PeV | 10−15 эВ | фемтоэлектронвольт | фэВ | feV |
| 1018 эВ | эксаэлектронвольт | ЭэВ | EeV | 10−18 эВ | аттоэлектронвольт | аэВ | aeV |
| 1021 эВ | зеттаэлектронвольт | ЗэВ | ZeV | 10−21 эВ | зептоэлектронвольт | зэВ | zeV |
| 1024 эВ | йоттаэлектронвольт | ИэВ | YeV | 10−24 эВ | йоктоэлектронвольт | иэВ | yeV |
| применять не рекомендуется | |||||||
Некоторые значения энергии в электронвольтах
Ссылки
Wikimedia Foundation. 2010.
ГэВ — это… Что такое ГэВ?
Электро́нво́льт (сокращённо эВ или eV) — внесистемная единица измерения энергии, широко используемая в атомной и квантовой физике. Один электронвольт равен энергии, которая необходима для переноса электрона в электростатическом поле между точками с разницей потенциалов 1 В. Так как работа при переносе заряда q равна qU (где U — разность потенциалов), а заряд электрона составляет −1,602 176 487(40)×10−19 Кл, то
- 1 эВ = 1,602 176 487(40)×10−19 Дж = 1,602 176 487(40)×10−12 эрг.
Как правило, через электронвольт выражается и масса элементарных частиц (исходя из уравнения Эйнштейна Е = mc²). 1 эВ/c² равен 1,782 661 758(44)·10−36кг, и напротив, 1 кг равен 5,609 589 12(14)·1035 эВ/c². 1 атомная единица массы равна 931,4 МэВ/c².
В температурных единицах 1 эВ = 11 604,505(20) кельвин (см. постоянная Больцмана). [1]
В химии часто используется молярный эквивалент электронвольта. Если один моль электронов перенесён между точками с разностью потенциалов 1 В, он приобретает (или теряет) энергию 96 485,3383(83) Дж, равную произведению 1 эВ на число Авогадро. Эта величина численно равна постоянной Фарадея.
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: ). Частица с шириной распада 1 эВ имеет время жизни 6,582 118 89(26)·10−16 с. Напротив, квантовомеханическое состояние с временем жизни 1 с имеет ширину 4,135 667 33(10)·10−15 эВ.
Кратные и дольные единицы
В ядерной физике обычно используются величины кило- (103), мега- (106) и гига- (109) электронвольт.
| Кратные | Дольные | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| величина | название | обозначение | величина | название | обозначение | ||
| 101 эВ | декаэлектронвольт | даэВ | daeV | 10−1 эВ | дециэлектронвольт | дэВ | deV |
| 102 эВ | гектоэлектронвольт | гэВ | heV | 10−2 эВ | сантиэлектронвольт | сэВ | ceV |
| 103 эВ | килоэлектронвольт | кэВ | keV | 10−3 эВ | миллиэлектронвольт | мэВ | meV |
| 106 эВ | мегаэлектронвольт | МэВ | MeV | 10−6 эВ | микроэлектронвольт | мкэВ | µeV |
| 109 эВ | гигаэлектронвольт | ГэВ | GeV | 10−9 эВ | наноэлектронвольт | нэВ | neV |
| 1012 эВ | тераэлектронвольт | ТэВ | TeV | 10−12 эВ | пикоэлектронвольт | пэВ | peV |
| 1015 эВ | петаэлектронвольт | ПэВ | PeV | 10−15 эВ | фемтоэлектронвольт | фэВ | feV |
| 1018 эВ | эксаэлектронвольт | ЭэВ | EeV | 10−18 эВ | аттоэлектронвольт | аэВ | aeV |
| 1021 эВ | зеттаэлектронвольт | ЗэВ | ZeV | 10−21 эВ | зептоэлектронвольт | зэВ | zeV |
| 1024 эВ | йоттаэлектронвольт | ИэВ | YeV | 10−24 эВ | йоктоэлектронвольт | иэВ | yeV |
| применять не рекомендуется | |||||||
Некоторые значения энергии в электронвольтах
Ссылки
Wikimedia Foundation. 2010.
Единицы измерения расстояний, энергий и масс
Атомные ядра и составляющие их частицы очень маленькие, поэтому измерять их в метрах или сантиметрах неудобно. Физики измеряют их в фемтометрах (фм). 1 фм = 10–15 м, или одна квадриллионная доля метра. Это в миллион раз меньше нанометра (типичный размер молекул). Размер протона или нейтрона как раз примерно 1 фм. Существуют тяжелые частицы, размер которых еще меньше.
Энергии в мире элементарных частиц тоже слишком малы, чтоб измерять их в Джоулях. Вместо этого используют единицу энергии электронвольт (эВ). 1 эВ, по определению, это энергия, которую приобретет электрон в электрическом поле при прохождении разности потенциалов в 1 Вольт. 1 эВ примерно равен 1,6·10–19 Дж. Электронвольт удобен для описания атомных и оптических процессов. Например, молекулы газа при комнатной температуре имеют кинетическую энергию примерно 1/40 электронвольта. Кванты света, фотоны, в оптическом диапазоне имеют энергию около 1 эВ.
Явления, происходящие внутри ядер и внутри элементарных частиц, сопровождаются гораздо большими изменениями энергии. Здесь уже используются мегаэлектронвольты (МэВ), гигаэлектронвольты (ГэВ) и даже тераэлектронвольты (ТэВ). Например, протоны и нейтроны движутся внутри ядер с кинетической энергией в несколько десятков МэВ. Энергия протон-протонных или электрон-протонных столкновений, при которых становится заметна внутренняя структура протона, составляет несколько ГэВ. Для того, чтобы родить самые тяжелые из известных на сегодня частиц — топ-кварки, — требуется сталкивать протоны с энергией около 1 ТэВ.
Между шкалой расстояний и шкалой энергии можно установить соответствие. Для этого можно взять фотон с длиной волны L и вычислить его энергию: E = c·h/L. Здесь c — скорость света, а h — постоянная Планка, фундаментальная квантовая константа, равная примерно 6,62·10–34 Дж·сек. Это соотношение можно использовать не только для фотона, но и более широко, при оценке энергии, необходимой для изучения материи на масштабе L. В «микроскопических» единицах измерения 1 ГэВ отвечает размеру примерно 1,2 фм.
Согласно знаменитой формуле Эйнштейна E0 = mc2, масса и энергия покоя тесно взаимосвязаны. В мире элементарных частиц эта связь проявляется самым непосредственным образом: при столкновении частиц с достаточной энергией могут рождаться новые тяжелые частицы, а при распаде покоящейся тяжелой частицы разница масс переходит в кинетическую энергию получившихся частиц.
По этой причине массы частиц тоже принято выражать в электронвольтах (а точнее, в электронвольтах, деленных на скорость света в квадрате). 1 эВ соответствует массе всего в 1,78·10–36 кг. Электрон в этих единицах весит 0,511 МэВ, а протон 0,938 ГэВ. Открыто множество и более тяжелых частиц; рекордсменом пока является топ-кварк с массой около 170 ГэВ. Самые легкие из известных частиц с ненулевой массой — нейтрино — весят всего несколько десятков мэВ (миллиэлектронвольт).
Далее: Краткая история развития ускорителей
Электронвольт Википедия
Электро́нво́льт (электрон-вольт, редко электроновольт; русское обозначение: эВ, международное: eV) — внесистемная единица энергии, используемая в атомной и ядерной физике, в физике элементарных частиц и в близких и родственных областях науки (биофизике, физической химии, астрофизике и т. п.). В Российской Федерации электронвольт допущен к использованию в качестве внесистемной единицы без ограничения срока с областью применения «физика»[1].
Определение
Один электронвольт равен энергии, необходимой для переноса элементарного заряда в электростатическом поле между точками с разницей потенциалов в 1 В[2]. Так как работа при переносе заряда q равна qU (где U — разность потенциалов), а элементарный заряд составляет 1,602 176 6208(98)⋅10−19Кл[3], то:
- 1 эВ = 1,602 176 6208(98)⋅10−19Дж = 1,602 176 6208(98)⋅10−12эрг.
Основные сведения
В физике элементарных частиц в электронвольтах обычно выражается не только энергия Е, но и масса m элементарных частиц[4][5][6]. Основанием для этого служит тот факт, что в силу эквивалентности массы и энергии выполняется соотношение Е = mc2, где c — скорость света. Поскольку 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 1 эВ = 1,782 661 907(11)⋅10−36кг[3], и напротив, 1 кг = 5,609 588 650(34)⋅1035 эВ[3]. Атомная единица массы близка по значению к 1 ГэВ (с точностью около 7 %): 1 а. е. м. = 931,494 0954(57) МэВ, и напротив, 1 ГэВ = 1,073 544 1105(66) а. е. м.[3]. 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[7].
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 = 3⁄2kТ[5]. В температурных единицах 1 эВ соответствует 1,160 452 21(67)⋅104кельвин[3] (см. постоянная Больцмана)[8].
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 9739(76) эВ·нм[3] ≈ 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 89(59) Дж[3], 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/τ). Частица с шириной распада 1 эВ имеет время жизни 6,582 119 514(40)⋅10−16 с[3]. 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 физик и инженер Карл Дарроу[en] в 1923 году[9].
Кратные и дольные единицы
В ядерной физике и физике высоких энергий обычно используются кратные единицы: килоэлектронвольты (кэВ, keV, 103 эВ), мегаэлектронвольты (МэВ, MeV, 106 эВ), гигаэлектронвольты (ГэВ, GeV, 109 эВ) и тераэлектронвольты (ТэВ, TeV, 1012 эВ). В физике космических лучей, кроме того, используются петаэлектронвольты (ПэВ, PeV, 1015 эВ) и эксаэлектронвольты (ЭэВ, EeV, 1018 эВ). В зонной теории твердого тела, физике полупроводников и физике нейтрино — дольные единицы: миллиэлектронвольты (мэВ, meV, 10−3 эВ).
| Кратные | Дольные | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| величина | название | обозначение | величина | название | обозначение | ||
| 101 эВ | декаэлектронвольт | даэВ | daeV | 10−1 эВ | дециэлектронвольт | дэВ | deV |
| 102 эВ | гектоэлектронвольт | гэВ | heV | 10−2 эВ | сантиэлектронвольт | сэВ | ceV |
| 103 эВ | килоэлектронвольт | кэВ | keV | 10−3 эВ | миллиэлектронвольт | мэВ | meV |
| 106 эВ | мегаэлектронвольт | МэВ | MeV | 10−6 эВ | микроэлектронвольт | мкэВ | µeV |
| 109 эВ | гигаэлектронвольт | ГэВ | GeV | 10−9 эВ | наноэлектронвольт | нэВ | neV |
| 1012 эВ | тераэлектронвольт | ТэВ | TeV | 10−12 эВ | пикоэлектронвольт | пэВ | peV |
| 1015 эВ | петаэлектронвольт | ПэВ | PeV | 10−15 эВ | фемтоэлектронвольт | фэВ | feV |
| 1018 эВ | эксаэлектронвольт | ЭэВ | EeV | 10−18 эВ | аттоэлектронвольт | аэВ | aeV |
| 1021 эВ | зеттаэлектронвольт | ЗэВ | ZeV | 10−21 эВ | зептоэлектронвольт | зэВ | zeV |
| 1024 эВ | иоттаэлектронвольт | ИэВ | YeV | 10−24 эВ | иоктоэлектронвольт | иэВ | yeV |
| применять не рекомендуется | |||||||
Некоторые значения энергий и масс в электронвольтах
| Энергия кванта электромагнитного излучения с частотой 1 ТГц | 4,13 мэВ |
| Тепловая энергия поступательного движения одной молекулы при комнатной температуре | 0,025 эВ |
| Энергия фотона с длиной волны 1240 нм (ближняя инфракрасная область оптического спектра) | 1,0 эВ |
| Энергия фотона с длиной волны ~500 нм (граница зелёного и голубого цветов в видимом спектре) | ~2,5 эВ |
| Энергия образования одной молекулы воды из водорода и кислорода[10] | 3,0 эВ |
| Постоянная Ридберга (почти равна энергии ионизации атома водорода) | 13,605 693 009(84) эВ |
| Энергия электрона в лучевой трубке телевизора | Порядка 20 кэВ |
| Энергии космических лучей | 1 МэВ — 1⋅1021 эВ |
| Типичная энергия ядерного распада | |
|---|---|
| альфа-частицы | 2—10 МэВ [11] |
| бета-частицы | 0,1—6 МэВ [11] |
| гамма-лучи | 0—5 МэВ [11] |
| Массы частиц | |
| Нейтрино[12] | Сумма масс всех трёх ароматов < 0,28 эВ |
| Электрон[12] | 0,510 998 9461(31) МэВ[3] |
| Протон[12] | 938,272 0813(58) МэВ[3] |
| Бозон Хиггса | 125,09 ± 0,24 ГэВ[13] |
| t-кварк[12] | 173,315 ± 0,485 ± 1,23 ГэВ[14] |
| Планковская масса | |
| MP=ℏcG{\displaystyle M_{P}={\sqrt {\frac {\hbar c}{G}}}} | 1,220 910(29)⋅1019 ГэВ[3] |