Запрос «ЭВ» перенаправляется сюда; см. также другие значения.
Электронвольт | |
---|---|
эВ, eV | |
Величина | энергия |
Система | внесистемная |
Тип | производная |
Электро̀нво́льт (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[править | править код]
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 1,602 176 634⋅10−19 Кл (точно)[3], то
- 1 эВ = 1,602 176 634⋅10−19 Дж (точно) = 1,602 176 634⋅10−12 эрг (точно).
Основные сведения[править | править код]
В физике элементарных частиц в электронвольтах обычно выражается не только энергия Е, но и масса m элементарных частиц[4][5]. Основанием для этого служит тот факт, что в силу эквивалентности массы и энергии выполняется соотношение m = E0/c2, где c — скорость света, E0 — энергия покоящейся частицы. Поскольку c — фундаментальная постоянная, равная 299 792 458 м/с (точно), не изменяющаяся ни при каких условиях, то указание в качестве характеристики массы частицы её энергии покоя, выраженной в электронвольтах, однозначно определяет значение массы в любых традиционных единицах и к недоразумениям не приводит. В единицах массы 1 эВ = 1,782 661 921…⋅10−36 кг (точно)[3], и напротив, 1 кг = 5,609 588 603…⋅1035 эВ (точно)[3]. Атомная единица массы близка по значению к 1 ГэВ (с погрешностью около 7 %): 1 а. е. м. = 931,494 102 42(28) МэВ, и напротив, 1 ГэВ = 1,073 544 102 33(32) 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[6] или энергии, выделяющейся при падении маленькой капли воды диаметром в 1 мм (массой ок. 0,5 мг) с высоты 3 см.
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 11 604,518 12… кельвин (точно)[3] (см. постоянная Больцмана)[7].
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 = 1239,841 984… эВ·нм (точно)[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 12… Дж (точно)[3], равную произведению 1 эВ на число Авогадро. Эта величина, выраженная в джоулях, численно равна постоянной Фарадея (модулю заряда 1 моля электронов), выраженной в кулонах. Аналогично, если при химической реакции в одном моле вещества выделяется (или поглощается) энергия 96,485 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 6,582 119 569…⋅10−16 с (точно)[3]. Аналогично квантовомеханическое состояние с временем жизни 1 с имеет ширину 6,582 119 569…⋅10−16 эВ (точно)[3].
Одним из первых термин «электронвольт» применил американский физик и инженер Карл Дарроу[en] в 1923 году[8].
Кратные и дольные единицы[править | править код]
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 |
1027 эВ | роннаэлектронвольт | РэВ | ReV | 10−27 эВ | ронтоэлектронвольт | рэВ | reV |
1030 эВ | кветтаэлектронвольт | КвэВ | QeV | 10−30 эВ | квектоэлектронвольт | квэВ | qeV |
рекомендовано к применению применять не рекомендуется |
Некоторые значения энергий и масс в электронвольтах[править | править код]
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[9] | 3,0 эВ |
Постоянная Ридберга (почти равна энергии ионизации атома водорода) | 13,605 693 122 994(26) эВ[3] |
Энергия электрона в лучевой трубке телевизора | Порядка 20 кэВ |
Энергии космических лучей | 1 МэВ — 1⋅1021 эВ |
Типичная энергия частиц — продуктов ядерного распада | |
---|---|
альфа-частицы | 2—10 МэВ [10] |
бета-частицы | 0—6 МэВ [10] |
гамма-кванты | 0,01—5 МэВ [10] |
Массы частиц | |
Нейтрино[11] | Сумма масс всех трёх ароматов < 0,12 эВ[12] |
Электрон[11] | 0,510 998 950 00(15) МэВ[3] |
Протон[11] | 938,272 088 16(29) МэВ[3] |
Бозон Хиггса | 125,09 ± 0,24 ГэВ[13] |
t-кварк (самая тяжёлая из известных элементарных частиц)[11] | 173,315 ± 0,485 ± 1,23 ГэВ[14] |
Планковская масса | |
1,220 890(14)⋅1019 ГэВ[3] |
Примечания[править | править код]
- ↑ Положение о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации. Архивная копия от 2 ноября 2013 на Wayback Machine 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.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Fundamental Physical Constants — Complete Listing
- ↑ Научно-популярный доклад на Президиуме РАН Л. Б. Окуня
- ↑ 1 2 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.
- ↑ Glossary — CMS Collaboration, CERN: «Electronvolt (eV): A unit of energy or mass used in particle physics». (англ.)
- ↑ Conversion factors for energy equivalents
- ↑ Darrow K. K. Some Contemporary Advances in Physics (англ.) // Bell System Technical Journal. — Vol. 2 (4). — P. 110. Архивировано 12 октября 2014 года.
- ↑ Численно равна стандартной энтальпии образования воды в джоулях на моль, делённой на постоянную Авогадро и делённой на модуль заряда электрона в кулонах
- ↑ 1 2 3 Gamma-Ray Spectrum Catalogue
- ↑ 1 2 3 4 Единицы измерения расстояний, энергий и масс
- ↑ Mertens S. Direct Neutrino Mass Experiments (англ.) // J. Phys.: Conf. Ser.. — 2016. — Vol. 718. — P. 022013.
- ↑ ATLAS и CMS обнародовали совместное измерение массы хиггсовского бозона. Дата обращения: 28 июня 2015. Архивировано из оригинала 2 апреля 2015 года.
- ↑ Свойства топ-кварка: результаты
Ссылки[править | править код]
- CODATA: Fundamental Physical Constants — Complete Listing
- Онлайн-конвертор единиц электронвольт в другие системы счислений
Преобразование джоулей в электрон-вольт
Калькулятор преобразования джоули (Дж) в электрон-вольт (эВ) и способ преобразования.
- Калькулятор преобразования джоули в эВ
- Как преобразовать джоули в эВ
- Таблица перевода джоулей в эВ
Калькулятор преобразования джоули в эВ
Введите энергию в джоулях и нажмите кнопку Конвертировать :
преобразование эВ в джоули ►
Как преобразовать джоули в эВ
Один джоуль равен 6,241509⋅10 18 электрон-вольт:
1J = 6,241509e18 эВ = 6,241509⋅10 18 эВ
Таким образом, энергия в электрон-вольтах E (эВ) равна энергии в джоулях E (Дж), умноженной на 6,241509⋅10 18 :
E (эВ) = E (Дж) × 6,241509⋅10 18
Таблица перевода джоулей в эВ
Энергия (Дж) | Энергия (эВ) |
---|---|
1 Дж | 6,241509⋅10 18 эВ |
2 Дж | 1,248302À10 19 эВ |
3 Дж | 1,872453⋅10 19 эВ |
4 Дж | 2.496604⋅10 19 эВ |
5 Дж | 3,120755⋅10 19 эВ |
6 Дж | 3,744906⋅10 19 эВ |
7 Дж | 4,369057⋅10 19 эВ |
8 Дж | 4,993207⋅10 19 эВ |
9 Дж | 5,617358⋅10 19 эВ |
10 Дж | 6,241509⋅10 19 эВ |
20 Дж | 1,248302⋅10 20 эВ |
30 Дж | 1,872453⋅10 20 эВ |
40 Дж | 2.496604⋅10 20 эВ |
50 Дж | 3,120755⋅10 20 эВ |
60 Дж | 3,744906⋅10 20 эВ |
70 Дж | 4,369057⋅10 20 эВ |
80 Дж | 4,993207⋅10 20 эВ |
90 Дж | 5,617358⋅10 20 эВ |
100 Дж | 6,241509⋅10 20 эВ |
200 Дж | 1,248302À10 21 эВ |
300 Дж | 1,872453⋅10 21 эВ |
400 Дж | 2.496604⋅10 21 эВ |
500 Дж | 3,120755⋅10 21 эВ |
600 Дж | 3,744906⋅10 21 эВ |
700 Дж | 4,369057⋅10 21 эВ |
800 Дж | 4,993207⋅10 21 эВ |
900 Дж | 5,617358⋅10 21 эВ |
1000 Дж | 6,241509⋅10 21 эВ |
преобразование эВ в джоули ►
Смотрите также
- Перевод джоулей в кДж
- Конвертация джоулей в БТЕ
- Конверсия джоулей в калории
- Перевод джоулей в ккал
- Преобразование джоулей в кВтч
- преобразование эВ в кэВ
- преобразование эВ в МэВ
- Калькулятор вольт в эВ
- Ватт
- дБм
- Электроэнергия
- Преобразование энергии
- Преобразование мощности
Random converter
Перевести единицы: электрон-вольт [эВ] в джоуль [Дж]
1 электрон-вольт [эВ] = 1,60217733000001E-19 джоуль [Дж]
Подробнее об энергии
Газовая горелка
Общие сведения
Энергия — физическая величина, имеющая большое значение в химии, физике, и биологии. Без нее жизнь на земле и движение невозможны. В физике энергия является мерой взаимодействия материи, в результате которого выполняется работа или происходит переход одних видов энергии в другие. В системе СИ энергия измеряется в джоулях. Один джоуль равен энергии, расходуемой при перемещении тела на один метр силой в один ньютон.
Энергия в физике
Кинетическая и потенциальная энергия
Кинетическая энергия тела массой m, движущегося со скоростью v равна работе, выполняемой силой, чтобы придать телу скорость v. Работа здесь определяется как мера действия силы, которая перемещает тело на расстояние s. Другими словами, это энергия движущегося тела. Если же тело находится в состоянии покоя, то энергия такого тела называется потенциальной энергией. Это энергия, необходимая, чтобы поддерживать тело в этом состоянии.
Гидроэлектростанция имени сэра Адама Бэка. Ниагара-Фолс, Онтарио, Канада.
Например, когда теннисный мяч в полете ударяется об ракетку, он на мгновение останавливается. Это происходит потому, что силы отталкивания и земного притяжения заставляют мяч застыть в воздухе. В этот момент у мяча есть потенциальная, но нет кинетической энергии. Когда мяч отскакивает от ракетки и улетает, у него, наоборот, появляется кинетическая энергия. У движущегося тела есть и потенциальная и кинетическая энергия, и один вид энергии преобразуется в другой. Если, к примеру, подбросить вверх камень, он начнет замедлять скорость во время полета. По мере этого замедления, кинетическая энергия преобразуется в потенциальную. Это преобразование происходит до тех пор, пока запас кинетической энергии не иссякнет. В этот момент камень остановится и потенциальная энергия достигнет максимальной величины. После этого он начнет падать вниз с ускорением, и преобразование энергии произойдет в обратном порядке. Кинетическая энергия достигнет максимума, при столкновении камня с Землей.
Закон сохранения энергии гласит, что суммарная энергия в замкнутой системе сохраняется. Энергия камня в предыдущем примере переходит из одной формы в другую, и поэтому, несмотря на то, что количество потенциальной и кинетической энергии меняется в течение полета и падения, общая сумма этих двух энергий остается постоянной.
Производство энергии
Люди давно научились использовать энергию для решения трудоемких задач с помощью техники. Потенциальная и кинетическая энергия используется для совершения работы, например, для перемещения предметов. Например, энергия течения речной воды издавна используется для получения муки на водяных мельницах. Чем больше людей использует технику, например автомобили и компьютеры, в повседневной жизни, тем сильнее возрастает потребность в энергии. Сегодня большая часть энергии вырабатывается из невозобновляемых источников. То есть, энергию получают из топлива, добытого из недр Земли, и оно быстро используется, но не возобновляется с такой же быстротой. Такое топливо — это, например уголь, нефть и уран, который используется на атомных электростанциях. В последние годы правительства многих стран, а также многие международные организации, например, ООН, считают приоритетным изучение возможностей получения возобновляемой энергии из неистощимых источников с помощью новых технологий. Многие научные исследования направлены на получение таких видов энергии с наименьшими затратами. В настоящее время для получения возобновляемой энергии используются такие источники как солнце, ветер и волны.
Энергия для использования в быту и на производстве обычно преобразуется в электрическую при помощи батарей и генераторов. Первые в истории электростанции вырабатывали электроэнергию, сжигая уголь, или используя энергию воды в реках. Позже для получения энергии научились использовать нефть, газ, солнце и ветер. Некоторые большие предприятия содержат свои электростанции на территории предприятия, но большая часть энергии производится не там, где ее будут использовать, а на электростанциях. Поэтому главная задача энергетиков — преобразовать произведенную энергию в форму, позволяющую легко доставить энергию потребителю. Это особенно важно, когда используются дорогие или опасные технологии производства энергии, требующие постоянного наблюдения специалистами, такие как гидро- и атомная энергетика. Именно поэтому для бытового и промышленного использования выбрали электроэнергию, так как ее легко передавать с малыми потерями на большие расстояния по линиям электропередач.
Опоры линии электропередачи возле гидроэлектростанции имени сэра Адама Бека. Ниагара-Фолс, Онтарио, Канада.
Электроэнергию преобразуют из механической, тепловой и других видов энергии. Для этого вода, пар, нагретый газ или воздух приводят в движение турбины, которые вращают генераторы, где и происходит преобразование механической энергии в электрическую. Пар получают, нагревая воду с помощью тепла, получаемого при ядерных реакциях или при сжигании ископаемого топлива. Ископаемое топливо добывают из недр Земли. Это газ, нефть, уголь и другие горючие материалы, образованные под землей. Так как их количество ограничено, они относятся к невозобновляемым видам топлива. Возобновляемые энергетические источники — это солнце, ветер, биомасса, энергия океана, и геотермальная энергия.
В отдаленных районах, где нет линий электропередач, или где из-за экономических или политических проблем регулярно отключают электроэнергию, используют портативные генераторы и солнечные батареи. Генераторы, работающие на ископаемом топливе, особенно часто используют как в быту, так и в организациях, где совершенно необходима электроэнергия, например, в больницах. Обычно генераторы работают на поршневых двигателях, в которых энергия топлива преобразуется в механическую. Также популярны устройства бесперебойного питания с мощными батареями, которые заряжаются когда подается электроэнергия, а отдают энергию во время отключений.
Электростанция компании Florida Power and Light. Порт-Эверглейд, Флорида, США. Эта электростанция состоит из четырех блоков и работает на газе и нефти.
Энергия, получаемая при сгорании ископаемого топлива
Ископаемое топливо образуется в земной коре при высоком давлении и температуре из органических веществ, то есть остатков растений и животных. В основном, такое топливо содержит большое количество углерода. При его сгорании выделяется энергия, а также диоксид углерода (CO₂), один из парниковых газов. Именно ископаемое топливо — основной источник энергии на данный момент. Однако, выделяемые при его использовании парниковые газы представляют серьезную угрозу окружающей среде и усугубляют глобальное потепление. Также, использование этого топлива ведет к быстрому его расходу, и человечество может остаться без топлива, если будет полностью зависеть только от ископаемого сырья.
Градирни атомной электростанции. Фотография из архива сайта 123RF.com.
Атомная энергия
Атомная энергия — один из альтернативных видов энергии. Она выделяется во время контролируемой ядерной реакции деления, во время которой ядро атома делится на более мелкие части. Энергия, которая выделяется во время этой реакции, нагревает воду и превращает ее в пар, который движет турбины.
Атомная энергетика небезопасна. Самые известные за последние годы аварии произошли на Чернобыльской атомной электростанции (АЭС) на Украине, на АЭС Три-Майл-Айленд в США, и на АЭС Фукусима-1 в Японии. После Фукусимской трагедии многие страны начали пересматривать внутреннюю политику использования атомной энергии, и некоторые, например Германия, решили от нее отказаться. На данный момент Германия разрабатывает программу перехода на другие виды энергоснабжения и безопасного закрытия действующих электростанций.
Кроме аварий есть еще проблема хранения отработавшего ядерного топлива и радиоактивных отходов. Часть отработавшего ядерного топлива используют в производстве оружия, в медицине, и в других отраслях промышленности. Однако большую часть радиоактивных отходов использовать нельзя и поэтому необходимо обеспечивать их безопасное захоронение. Каждая страна, в которой построены атомные электростанции, хранит эти отходы по-своему, и во многих странах приняты законы, запрещающие их ввоз на территорию страны. Радиоактивные отходы обрабатывают, чтобы они не попадали в окружающую среду, не разлагались, и их было удобно хранить, например, делая их более компактными. После этого их отправляют на захоронение в долгосрочных хранилищах на дне морей и океанов, в геологических структурах, или в бассейнах и специальных контейнерах. С хранением связаны такие проблемы как высокая стоимость переработки и захоронения, утечка радиоактивных элементов в окружающую среду, нехватка мест для хранения, и возможность совершения террористических актов на объектах захоронения радиоактивных отходов.
Атомная электростанция в Пикеринге, Онтарио, Канада
Гораздо более безопасная альтернатива — это производство ядерной энергии с помощью термоядерной реакции. Во время этой реакции несколько ядер сталкиваются на большой скорости и образуют новый атом. Это происходит потому, что силы, отталкивающие ядра друг от друга, на маленьком расстоянии слабее, чем силы, их притягивающие. Во время термоядерной реакции тоже образуются радиоактивные отходы, но они перестают быть радиоактивными приблизительно через сто лет, в то время как отходы реакции деления не распадаются на протяжении нескольких тысяч лет. Топливо, требуемое для термоядерных реакций менее дорогое, чем для реакций деления. Энергетические затраты на термоядерные реакции на данный момент не оправдывают их использования в энергетике, но ученые надеются, что в ближайшем будущем это изменится и АЭС во всем мире смогут получать атомную энергию именно таким способом.
Возобновляемая энергия
Другие альтернативные виды энергии — это энергия солнца, океана, и ветра. Технологии производства такой энергии пока не развиты в такой степени, чтобы человечество могло отказаться от использования ископаемого топлива. Однако, благодаря государственным субсидиям, а также тому, что они не причиняют много вреда окружающей среде, эти виды энергии становятся все более популярными.
Фотоэлектрическая панель
Энергия солнца
Эксперименты по использованию энергии солнца начались еще в 1873 году, но эти технологии не получили широкого распространения до недавнего времени. Сейчас солнечная энергетика быстро развивается, во многом благодаря государственным и международным субсидиям. Первые солнечные энергоцентры появились в 1980-х. Солнечную энергию чаще собирают и преобразуют в электроэнергию с помощью солнечных батарей. Иногда используют тепловые машины, в которых воду нагревают солнечным теплом. В результате образуется водяной пар, который и приводит в движение турбогенератор.
Ветряная турбина в комплексе Эксибишн Плейс. Торонто, Онтарио, Канада.
Энергия ветра
Человечество использовало энергию ветра на протяжении многих веков. Впервые ветер начали использовать в мореходстве около 7000 лет назад. Ветряные мельницы используются несколько сотен лет, а первые ветротурбины и ветрогенераторы появились в 1970-х.
Энергия океана
Энергия приливов и отливов использовалась еще во времена Древнего Рима, но энергию волн и морских течений люди начали использовать недавно. В настоящее время большинство приливных и волновых электростанций только разрабатывается и испытывается. В основном проблемы связаны с высокой стоимостью строительства таких станций, и недостатками сегодняшних технологий. В Португалии, Великобритании, Австралии и США сейчас эксплуатируются волновые электростанции, однако многие из них все еще находятся в стадии опытной эксплуатации. Ученые считают, что в будущем энергия океана станет одной из основных направлений «зеленой энергии».
Приливная турбина в Канадском музее науки и техники в Оттаве
Биотопливо
При сжигании биотоплива выделяется энергия, которую растения переработали из солнечной энергии в процессе фотосинтеза. Биотопливо широко используется как в бытовых целях, например для обогрева жилья и приготовления пищи, так и в качестве топлива для транспорта. Из растений и животных жиров производят разновидности биотоплива — этиловый спирт и масла. В автотранспорте используется биодизельное топливо либо в чистом виде, либо в смеси с другими видами дизельного топлива.
Геотермальная энергетика
Энергия земного ядра хранится в виде тепла. Земная кора была нагрета до очень высокой температуры с момента ее формирования и до сих пор поддерживает высокую температуру. Радиоактивный процесс распада минералов в недрах Земли также выделяет тепло. До недавнего времени получить доступ к этой энергии можно было только на стыках земных пластов, в местах образования горячих источников. Совсем недавно началась разработка геотермальных скважин и в других географических регионах для того, чтобы начать использовать эту энергию для получения электричества. На данный момент стоимость энергии, полученной из таких скважин, очень высокая, поэтому геотермальная энергия не используется так широко, как другие виды энергии.
Река Ниагара, возле электростанции имени Вильяма Б. Ранкина. В 2009 году она была выведена из эксплуатации. Ниагара-Фолс, Онтарио, Канада.
Гидроэнергетика
Гидроэнергетика — еще одна альтернатива ископаемому топливу. Гидроэнергия считается «чистой», так как по сравнению со сжиганием ископаемого топлива, ее производство приносит меньше вреда окружающей среде. В частности, при получении гидроэнергии выброс парниковых газов незначителен.
Гидроэнергия вырабатывается потоком воды. Человечество широко использует этот вид энергии на протяжении многих веков и ее производство остается популярным благодаря ее низкой себестоимости и доступности. Гидроэлектростанции (ГЭС) собирают и преобразуют кинетическую энергию течения речной воды и потенциальную энергию воды в резервуарах с помощью плотин. Эта энергия приводит в движение гидротурбины, которые преобразует ее в электроэнергию. Плотины устроены так, чтобы можно было использовать разницу в высотах между резервуаром, из которого вытекает вода, и рекой, в которую перетекает вода.
Гидроэлектростанция имени Роберта Мозэса. Льюистон, штат Нью-Йорк, США
Несмотря на плюсы гидроэнергетики, с ней связан ряд проблем, таких как вред, наносимый экосфере при строительстве плотин. Такое строительство нарушает экосистемы, и живые организмы оказываются отрезанными от жизненно важной среды в экосистеме. Например, рыбы не могут проплыть вверх по течению на нерест и не всегда приспосабливаются к новым условиям. Общественность не всегда может контролировать работу энергетических компаний, поэтому в результате строительства новых ГЭС может возникнуть гуманитарный кризис. Примером такого кризиса является выселение жителей в результате строительства ГЭС «Три ущелья» в Китае. При постройке этой ГЭС правительством Китая было выселено более 1,2 миллиона жителей и затоплена огромная площадь, включая поля, промышленные зоны, города, и поселки. Бытовые и производственные отходы были смыты и засорили новое водохранилище, отравляя растения и рыб. Из-за огромного количества воды в резервуаре в регионе увеличилась сейсмическая активность. В 2011 году Китайское правительство признало эту и некоторые другие проблемы.
Энергия в диетологии и спорте
Калории в диетологии
Эти количества сахара, яблока, банана и салями содержат одну пищевую калорию
Энергию в спорте и диетологии обычно измеряют в килоджоулях или пищевых калориях. Одна такая калория равна 4,2 килоджоуля, одной килокалории, или тысяче калорий, используемых в физике. По определению одна пищевая калория — это количество энергии, нужное, чтобы нагреть один килограмм воды на один кельвин. В диетологии пищевые калории обычно называют просто калориями, что мы и будем делать в дальнейшем в этой статье. Иногда это вызывает путаницу, но обычно читатель может понять по контексту, о каких единицах идет речь. Большинство пищевых продуктов содержит калории. Так, например, в одном грамме жира — 9 калорий, в грамме углеводов и белков — по 4 калории в каждом, а в алкоголе — 7 калорий на грамм. Некоторые другие вещества также содержат калории. Эта энергия выделяется во время обмена веществ, и используется организмом для поддержания жизнедеятельности.
Люди, пытающиеся похудеть, часто подсчитывают калории, поглощаемые при принятии пищи, и вычитают из этой суммы калории, использованные во время физической нагрузки. Это делается, чтобы сравнить число неиспользованных на физическую нагрузку калорий с ежедневными энергетическими потребностями тела в расслабленном состоянии. Обычно, чтобы похудеть, число оставшихся калорий должно быть меньше, чем требуется телу для поддержания организма в спокойном состоянии. В то же время, врачи и диетологи считают опасным употреблять менее 1000 калорий в день. Энергетические потребности тела в состоянии отдыха можно вычислить по формуле, которая учитывает возраст, рос, и вес человека. Эта формула рассчитана на среднего человека, но каждый организм хранит и расходует энергию по-своему, в зависимости от потребностей. Поэтому не всегда удается худеть, даже потребляя меньше калорий, чем требуется организму согласно этой формуле. Организм часто приспосабливается к недостатку калорий, замедляя обмен веществ. В результате потребность в энергии падает, и подсчеты ежедневных энергетических потребностей человека по формуле приводят к ошибочным результатам. Несмотря на это, многие диетологи рекомендуют желающим похудеть вести ежедневный учет потребления калорий.
Фотографии из архива сайта iStockphoto.com
Калорийность — важное понятие в диетологии, которое помогает определить насколько энергетически полезна данная еда для организма. Считают калорийность, путем определения количества калорий в одном грамме пищевого продукта. Продукты с низкой калорийностью обычно содержат много воды. Она заполняет желудок, и у человека возникает ощущение сытости. В результате он потребляет меньшее число калорий по сравнению с другой едой. Например, в одной стограммовой шоколадке содержится 504 калории. Для сравнения, такая шоколадка займет немного менее половины стакана. В полутора стаканах или в 320 граммах белого мяса вареной индейки с низким содержанием жира и без кожи содержится приблизительно столько же калорий. Такое же количество калорий содержится и в 6,3 килограммах огурцов, то есть, в 25 чашках. Этот же пример с уменьшенными порциями выглядит так: примерно 50 калорий содержится в одной шоколадной конфете, столовой ложке индейки, и шести стаканах огурцов. После такой порции огурцов вряд ли захочется есть, а после одной шоколадной конфеты многие потянутся за второй и третьей. Еда с высокой калорийностью — это обычно вредная жирная и сладкая пища, которую стоит избегать. Людям на диете очень полезно знать калорийность разных продуктов, но не стоит забывать, что при составлении меню необходимо учитывать не только калорийность, но и общую полезность каждого продукта. Чтобы добиться максимальных результатов и улучшить здоровье, питание должно быть сбалансировано.
Пищевая ценность — другое полезное понятие в диетологии. Это соотношение питательных и полезных веществ необходимых организму, например витаминов, клетчатки, антиоксидантов и минералов, к энергетической ценности еды. Так, продукты с высокой пищевой ценностью содержат большое количество полезных веществ на каждую калорию продукта. И наоборот, существуют продукты с «пустыми калориями», то есть, с очень малым количеством полезных веществ и низкой питательностью. Алкоголь, сладости, чипсы — это некоторые примеры такой еды. Их лучше всего исключить из рациона, или, по крайней мере, ограничить, потому что они не обеспечивают организм достаточным количеством необходимых для жизни полезных веществ.
Калории в спорте
Энергия нужна человеку и животным, чтобы поддержать основной обмен веществ, то есть метаболизм организма в состоянии покоя. Это — энергия для поддержания работы мозга, тканей, и других органов. Также энергия нужна для каждодневной физической нагрузки и упражнений. При уменьшении жировой и увеличении мышечной массы основной обмен веществ ускоряется, а потребность в энергии — увеличивается. Поэтому, любая программа по оздоровлению организма и похудению должна основываться не только на уменьшении жира, но и на увеличении мышечной массы. Для этого важно не только правильно питаться, но и заниматься спортом, особенно упражнениями, которые помогают развивать мышцы.
Количество энергии, потраченной при упражнениях, зависит от того, были ли они аэробными, или анаэробными. При аэробных упражнениях кислород расщепляет глюкозу, и при этом выделяется энергия. Во время анаэробных упражнений кислород для этого процесса не используется; вместо него энергия вырабатывается при реакции креатинфосфата с глюкозой. Анаэробные упражнения способствуют росту мышц, они кратковременны и интенсивны. Примерами таких видов спорта являются бег на короткие дистанции и тяжелая атлетика. Их невозможно продолжать долго из-за того, что в процессе получения энергии вырабатывается молочная кислота. Ее избыток в крови вызывает боль, и если человек, несмотря на это продолжает упражнение, он может потерять сознание. Аэробные упражнения, напротив, можно продолжать в течении длительного времени, так как они менее интенсивны, и главное в них — выносливость. К таким упражнениям относятся бег на длинные дистанции, плавание и аэробика. С их помощью развивается выносливость мышц сердца и дыхательной системы, а также сжигается жир и улучшается кровообращение.
Café De Paris, Квебек, Канада
Энергия и борьба с лишним весом
Несмотря на то, что недостаток энергии, по отношению к затратам, обычно ведет к похудению, это не всегда так, и часто после первочального похудения человек перестает худеть, или даже набирает вес, несмотря на строгое соблюдение диеты. Это происходит из-за адаптации организма к недостатку калорий, например, в результате замедления обмена веществ. В таких случаях советуют изменить распорядок упражнений и меню, например, временно сменить вид спорта и попробовать менять дневную норму калорий. Например, каждый день можно потреблять либо больше, либо меньше калорий относительно установленной дневной нормы, или можно вместо дневной нормы установить недельную норму потребления калорий.
Очень важно помнить, что для поддержания быстрого и здорового обмена веществ организму необходима мышечная масса. Поэтому здоровые диеты должны совмещаться с упражнениями, направленными на развитие мышц. Жир весит меньше, чем мышцы, поэтому когда вследствие диет и упражнений увеличивается мышечная и уменьшается жировая масса, то общий вес увеличивается, несмотря на то, что организм становится более здоровым. Поэтому при оздоровлении организма следить только за потерей веса неправильно. Конечной целью лучше поставить потерю жира и развитие мышц. Это относится как к мужчинам, так и к женщинам. Кроме взвешивания можно измерять процент жировых тканей в организме или проверять изменения в объеме талии, бедер, и других частей тела, где организм откладывает жир. Диетологи и тренеры советуют стремиться к снижению процента жира до 14-24% женщинам, и 6-17% мужчинам.
Энергетический напиток Red Bull
Еще один вариант диеты — постепенное увеличение или уменьшение количества калорий в еде на протяжении определенного времени. После этого необходимо всегда возвращаться назад к установленной норме. Диетологи также советуют разнообразить количество продуктов во время каждого приема пищи, а также, основной вид еды. Например, можно попробовать в первый день съесть на обед немного богатых углеводами продуктов, а на следующий день съесть большой обед из овощей и белковых продуктов. Главное, чтобы организм не привыкал к одинаковому виду еды и количеству калорий при каждом приеме пищи, и не мог приспособиться к нехватке энергии, замедляя метаболизм. Многие диеты и упражнения направлены на то, чтобы ускорить метаболизм, потому что это позволяет организму тратить энергию, а не откладывать ее в жир. Поэтому, составляя план питания и упражнений, необходимо помнить об этой проблеме адаптации организма. Также важно заниматься анаэробными упражнениями, чтобы увеличить мышечную массу. Система из разных упражнений, к которым организм не может полностью привыкнуть, также поможет избежать адаптации.
Энергетические напитки
Рекламодатели часто используют слово «энергия» в рекламных целях. Так, например, рекламируются энергетические напитки, повышающие работоспособность и бодрость. В них обычно содержатся психостимуляторы, такие как кофеин, много сахара, и иногда — витамины и экстракты лечебных трав. Психостимуляторы используются для того, чтобы за короткий срок организм выработал максимальное количество энергии. При этом повышается ток крови, артериальное давление, пульс, и температура. В мозг поступает больше кислорода, и усиливаются ощущения бодрости, силы, и энергии. Энергетические напитки, несмотря на их название, нельзя употреблять во время занятий спортом, так как они нарушают электролитический баланс в организме. Высокое содержание психостимуляторов действительно на короткое время повышает бодрость, но вскоре после этого происходит спад и «ломка», напоминающая период отвыкания от сахара, кофеина и алкоголя. Многие испытывают другие побочные явления, включая тошноту, рвоту, головные боли, высокое артериальное давление, и бессонницу. Врачи рекомендуют воздержаться от употребления энергетических напитков. Использование естественной энергии организма и своевременный отдых намного лучше для организма, чем употребление психостимуляторов.
Литература
Вы затрудняетесь в переводе единицы измерения с одного языка на другой? Коллеги готовы вам помочь. Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ.
Популярные конвертеры единиц
Конвертеры единиц измерения длины, массы, объема, температуры, давления, энергии, скорости и другие популярные конвертеры единиц измерения.
Конвертер энергии и работы
Энергия — скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения и взаимодействия материи, мерой перехода движения материи из одних форм в другие. Энергия является мерой способности физической системы совершить работу, поэтому количественно энергия и работа выражаются в одних единицах.
Единица измерения работы и энергии, а также количества теплоты в Международной системе единиц (СИ) — джоуль (Дж). Часто используются и другие единицы измерения, такие как киловатт-часы или килокалории. Джоуль (Дж) равен работе, совершаемой при перемещении точки приложения силы, равной одному ньютону, на расстояние одного метра в направлении действия силы. Иначе джоуль можно определить как работу, которую совершают силы электрического поля для поддержания тока в 1 ампер через сопротивление 1 Ом в течение 1 секунды. Количество тепловой и электроэнергии измеряется соответственно счетчиками тепловой и электроэнергии.
Значения эквивалентов энергии в единицах энергии Хартри, массы, длины волны, частоты и температуры в конце таблицы преобразования получены из приведенных ниже уравнений, и на основании данных Комитета по данным для науки и техники CODATA (2010 г.):
E = mc² = h•c/λ = h•ν = k•T,
где
E — энергия;
k = 1.380649×10⁻²³ Дж/K — постоянная Больцмана;
c = 299 792 458 м/с — скорость света в вакууме;
λ — длина волны;
ν — частота;
h = 6.62607015•10⁻³⁴ Дж•с — постоянная Планка.
1 eV = (e/C) J = 1,602176565(35)•10⁻¹⁹ Дж,
где
e = 1,602 176 565(35)•10⁻¹⁹ К — элементарный заряд.
1 а.е.м. = 1/12 массы (¹²C) = 10⁻³ кг•моль⁻¹/NA = 1,660 538 921(73)•10⁻²⁷ кг,
где
u — атомная единица массы (а.е.м.) или дальтон (Da), которая также называется углеродной единицей, и определяемая как 1/12 массы нуклида углерода ¹²С или 1,6605•10⁻²⁷ кг.;
NA = 6.02214076•10²³ моль⁻¹ — число Авогадро.
Eh = 2R∞hc = α2mec²,
где
Eh — энергия Хартри;
R∞ = 1,097 373 156 8939(55) •10⁷ м⁻¹ — постоянная Ридберга;
me = 9,109 382 15(45)•10⁻³¹ кг — масса покоя электрона;
α = 7.297 352 5698(24) 10⁻³ — постоянная тонкой структуры;
c = 299 792 458 м/с — скорость света в вакууме.
Источник: NIST.gov. Коэффициенты преобразования эквивалентов энергии, основанные на рекомендациях CODATA 2010 г.
Использование конвертера «Конвертер энергии и работы»
На этих страницах размещены конвертеры единиц измерения, позволяющие быстро и точно перевести значения из одних единиц в другие, а также из одной системы единиц в другую. Конвертеры пригодятся инженерам, переводчикам и всем, кто работает с разными единицами измерения.
Пользуйтесь конвертером для преобразования нескольких сотен единиц в 76 категориях или несколько тысяч пар единиц, включая метрические, британские и американские единицы. Вы сможете перевести единицы измерения длины, площади, объема, ускорения, силы, массы, потока, плотности, удельного объема, мощности, давления, напряжения, температуры, времени, момента, скорости, вязкости, электромагнитные и другие.
Примечание. В связи с ограниченной точностью преобразования возможны ошибки округления. В этом конвертере целые числа считаются точными до 15 знаков, а максимальное количество цифр после десятичной запятой или точки равно 10.
Для представления очень больших и очень малых чисел в этом калькуляторе используется компьютерная экспоненциальная запись, являющаяся альтернативной формой нормализованной экспоненциальной (научной) записи, в которой числа записываются в форме a · 10x. Например: 1 103 000 = 1,103 · 106 = 1,103E+6. Здесь E (сокращение от exponent) — означает «· 10^», то есть «…умножить на десять в степени…». Компьютерная экспоненциальная запись широко используется в научных, математических и инженерных расчетах.
- Выберите единицу, с которой выполняется преобразование, из левого списка единиц измерения.
- Выберите единицу, в которую выполняется преобразование, из правого списка единиц измерения.
- Введите число (например, «15») в поле «Исходная величина».
- Результат сразу появится в поле «Результат» и в поле «Преобразованная величина».
- Можно также ввести число в правое поле «Преобразованная величина» и считать результат преобразования в полях «Исходная величина» и «Результат».
Мы работаем над обеспечением точности конвертеров и калькуляторов TranslatorsCafe.com, однако мы не можем гарантировать, что они не содержат ошибок и неточностей. Вся информация предоставляется «как есть», без каких-либо гарантий. Условия.
Если вы заметили неточность в расчётах или ошибку в тексте, или вам необходим другой конвертер для перевода из одной единицы измерения в другую, которого нет на нашем сайте — напишите нам!
Канал Конвертера единиц TranslatorsCafe.com на YouTube
Электрон-вольт, единица энергии
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 < 0). Возьмем интеграл вдоль прямой линии (рис. 24.4) от точки 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!
Единица энергии
В физике электронвольт (символ эВ, также обозначается как электронвольт и электронвольт ) – это количество кинетической энергии, полученное одним электроном ускоряется из состояния покоя через разность электрических потенциалов в один вольт в вакууме. При использовании в качестве единицы энергии числовое значение 1 эВ в джоулях (символ J) эквивалентно числовому значению заряда электрона в кулонах (символ C). Согласно новому определению основных единиц СИ в 2019 г., 1 эВ равняется точному значению 1,602176634 × 10 Дж.
Исторически электронвольт был разработан как стандартная единица измерения посредством полезность в науке об электростатическом ускорителе частиц, потому что частица с электрическим зарядом q имеет энергию E = qV после прохождения через потенциал V; если q указано в целых единицах элементарного заряда и потенциала в вольтах, энергия выражается в эВ.
Это обычная единица энергии в физике, широко используемая в твердотельном, атомном, ядерном, и физика элементарных частиц. Обычно используется с метрическими префиксами милли-, кило-, мега-, гига-, тера-, пета- или экса- (мэВ, кэВ, МэВ, ГэВ, ТэВ, ПэВ и ЭэВ соответственно). В некоторых более старых документах и в названии Bevatron используется символ BeV, что означает миллиард (10) электронвольт; это эквивалентно ГэВ.
Измерение | Единица | Значение СИ единицы |
---|---|---|
Энергия | eV | 1,602176634 × 10 Дж |
Масса | эВ / c | 1,782662 × 10 кг |
Момент | эВ / c | 5,344286 × 10 кг · м / с |
Температура | эВ / к B | 1,160451812 × 10 K |
Время | ħ/эВ | 6.582119 × 10 с |
Расстояние | ħc/eV | 1.97327 × 10 м |
Содержание
- 1 Определение
- 2 Масса
- 3 Импульс
- 4 Расстояние
- 5 Температура
- 6 Свойства
- 7 Эксперименты по рассеянию
- 8 Сравнение энергии
- 8,1 На моль
- 9 См. Также
- 10 Ссылки
- 11 Внешние ссылки
Определение
Электронвольт – это количество кинетической энергии, полученное или потерянное одним электроном, ускоряющимся от оставайтесь через разность электрических потенциалов в один вольт в вакууме. Следовательно, его значение равно одному вольту, 1 Дж / Кл, умноженному на элементарный заряд e электрона, 1,602176634 × 10 К. Следовательно, один электронвольт равен 1,602176634 × 10 J.
Электронвольт, в отличие от вольт, не является единицей СИ. Электронвольт (эВ) – это единица измерения энергии, а вольт (В) – производная единица измерения электрического потенциала в системе СИ. В системе СИ единица измерения энергии – джоуль (Дж).
Масса
Согласно эквиваленту массы и энергии, электронвольт также является единицей массы. В физике элементарных частиц, где единицы массы и энергии часто меняются местами, принято выражать массу в единицах эВ / c, где c – скорость света в вакууме (от E = mc ). Обычно массу просто выражают в «эВ» как единицу массы, эффективно используя систему натуральных единиц с c, установленным на 1. Массовый эквивалент 1 эВ. / c составляет
- 1 эВ / c 2 = (1,602 176 634 × 10 – 19 C) ⋅ 1 V (2,99 792 458 × 10 8 м / с) 2 = 1,782 661 92 × 10 – 36 кг. { displaystyle 1 ; { text {eV}} / c ^ {2} = { frac {(1.602 176 634 times 10 ^ {- 19} ; { text {C}}) cdot 1 ; { text {V}}} {(2,99 792 458 times 10 ^ {8} ; { text {m}} / { text {s}}) ^ {2}}} = 1,782 661 92 times 10 ^ {- 36} ; { text {kg}}.}
Например, электрон и позитрон, каждый с массой 0,511 МэВ / c, может аннигилировать с получением энергии 1,022 МэВ. Протон имеет массу 0,938 ГэВ / c. В общем, массы всех адронов имеют порядок 1 ГэВ / c, что делает ГэВ (гигаэлектронвольт) удобной единицей массы для физики элементарных частиц:
- 1 ГэВ / c = 1,78266192 × 10 кг.
унифицированная атомная единица массы (u), почти точно 1 грамм, деленный на число Авогадро, это почти масса атома водорода, что в основном является массой протона. Для преобразования в электрон-вольт используйте формулу:
- 1 u = 931,4941 МэВ / c = 0,9314941 ГэВ / c.
Импульс
В физике высоких энергий электронвольт часто используется как единица измерения импульса. Разность потенциалов в 1 вольт заставляет электрон набирать определенное количество энергии (например, 1 эВ). Это приводит к использованию эВ (а также кэВ, МэВ, ГэВ или ТэВ) в качестве единиц импульса, поскольку подводимая энергия приводит к ускорению частицы.
Размеры единиц импульса – LMT. Размеры энергоблоков LMT. Затем разделение единиц энергии (например, эВ) на фундаментальную константу, которая имеет единицы скорости (LT), облегчает необходимое преобразование использования единиц энергии для описания импульса. В области физики частиц высоких энергий основной единицей скорости является скорость света в вакууме c.
Разделив энергию в эВ на скорость света, можно описать импульс электрона в эВ / c.
Постоянная фундаментальной скорости c часто опускается из единиц измерения импульс путем определения таких единиц длины, при которых значение c равно единице. Например, если импульс p электрона равен 1 ГэВ, то преобразование в MKS может быть достигнуто следующим образом:
- p = 1 ГэВ / c = (1 × 10 9) ⋅ (1,602 176 634 × 10 – 19 C) ⋅ (1 V) (2,99 792 458 × 10 8 м / с) = 5,344 286 × 10 – 19 кг м / с. { displaystyle p = 1 ; { text {GeV}} / c = { frac {(1 times 10 ^ {9}) cdot (1.602 176 634 times 10 ^ {- 19} ; { text {C}}) cdot (1 ; { text {V}})} {(2,99 792 458 times 10 ^ {8} ; { text {m}} / { text {s}})}} = 5,344 286 times 10 ^ {- 19} ; { text {kg}} cdot { text {m}} / { text {s}}.}
Расстояние
В физике элементарных частиц, система «естественных единиц», в которой скорость света в вакууме c и приведенная постоянная Планка ħ безразмерны и равны широко используется единица: c = ħ = 1. В этих единицах расстояния и время выражаются в единицах обратной энергии (в то время как энергия и масса выражаются в одних и тех же единицах, см. эквивалентность массы и энергии ). В частности, длины рассеяния частицы часто выражаются в единицах обратной массы частицы.
Вне этой системы единиц коэффициенты преобразования между электронвольтом, секундами и нанометрами следующие:
- ℏ = h 2 π = 1,054 571 817 646 × 10 – 34 Дж · с = 6,582 119 569 509 × 10 – 16 эВ с. { displaystyle hbar = {{h} over {2 pi}} = 1.054 571 817 646 times 10 ^ {- 34} { mbox {J s}} = 6.582 119 569 509 times 10 ^ {- 16} { mbox {eV s}}.}
Приведенные выше соотношения также позволяют выразить среднее время жизни τ нестабильной частицы (в секундах) через его ширина распада Γ (в эВ) через Γ = ħ / τ. Например, В-мезон имеет время жизни 1,530 (9) пикосекунды, средняя длина распада cτ = 459,7 мкм или ширина распада (4,302 ± 25) × 10 эВ..
И наоборот, крошечные различия масс мезонов, ответственные за колебания мезонов, часто выражаются в более удобных обратных пикосекундах.
Энергия в электронвольтах иногда выражается через длину волны света с фотонами той же энергии:
- 1 эВ hc = (1,602 176 634 × 10 – 19 Дж) (2,99 792 458 × 10 10 см / с) ⋅ (6,62 607015 × 10 – 34 Дж с) ≈ 8065,5439 см – 1. { displaystyle { frac {1 ; { text {eV}}} {hc}} = { frac {(1.602 176 634 times 10 ^ {- 19} ; { text {J}}))} {(2,99 792 458 times 10 ^ {10} ; { text {cm}} / { text {s}}) cdot (6,62 607 015 times 10 ^ {- 34} ; { text {J}} cdot { text {s}})}} Thickapprox 8065.5439 ; { text {cm}} ^ {- 1}.}
Температура
В некоторых областях, таких как физика плазмы, удобно использовать электронвольт для выражения температуры. Электронвольт делится на постоянную Больцмана для преобразования в шкалу Кельвина :
- 1 k B = 1,602 176 634 × 10 – 19 Дж / эВ 1,380 649 × 10 – 23 Дж / K = 11 604,518 12 К / эВ. { displaystyle {1 over k _ { text {B}}} = {1.602 176 634 times 10 ^ {- 19} { text {J / eV}} over 1.380 649 times 10 ^ { -23} { text {J / K}}} = 11 604.518 12 { text {K / eV}}.}
Где k B – постоянная Больцмана, K – Кельвин, J – Джоули, эВ – электронвольты.
k B предполагается при использовании электронвольт для выражения температуры, например, типичная плазма слияния с магнитным удержанием составляет 15 кэВ (килоэлектронвольт), что равен 170 МК (миллион Кельвинов).
В качестве приближения: k B T составляет около 0,025 эВ (≈ 290 К / 11604 К / эВ) при температуре 20 ° C.
Свойства
Энергия фотонов в видимом спектре в эВ График зависимости длины волны (нм) от энергии (эВ)
Энергия E, частота v и длина волны λ фотона являются связано соотношением
- E = h ν = hc λ { displaystyle E = h nu = { frac {hc} { lambda}}}= (4,135 667 516 × 10 – 15 эВ · с) (299 792 458 м / с) λ { displaystyle = { frac {(4.135 667 516 times 10 ^ {- 15} , { mbox {eV}} , { mbox {s}}) (299 792 458 , { mbox {м / с}})} { lambda}}}
где h – постоянная Планка, c – скорость света. Это сокращается до
- E (эВ) = 4,135 667 516 фэВ ν (PHz) { displaystyle E { mbox {(eV)}} = 4,135 667 516 , { mbox {feVs}} cdot nu { mbox {(PHz)}}}= 1 239,841 93 эВ нм λ (нм). { displaystyle = { frac {1 239.841 93 , { mbox {eV}} , { mbox {nm}}} { lambda { mbox {(nm)}}}}.}
Фотон с длиной волны 532 нм (зеленый свет) будет иметь энергию примерно 2,33 эВ. Точно так же 1 эВ соответствует инфракрасному фотону с длиной волны 1240 нм или частотой 241,8 ТГц.
Эксперименты по рассеянию
В экспериментах по низкоэнергетическому ядерному рассеянию принято обозначать энергию отдачи ядра в единицах эВр, кэВр и т. Д. Это отличает энергию отдачи ядра от энергии отдачи. “электронный эквивалент” энергии отдачи (eVee, keVee и т.д.), измеренной сцинтилляционным светом . Например, выход фототрубки измеряется в phe / keVee (фотоэлектронов на энергию электронного эквивалента кэВ). Соотношение между эВ, эВr и эВи зависит от среды, в которой происходит рассеяние, и должно быть установлено эмпирически для каждого материала.
Сравнение энергии
Частота фотона в зависимости от энергии частицы в электронвольтах . Энергия фотона изменяется только с частотой фотона, связанной с постоянной скоростью света. Это контрастирует с массивной частицей, энергия которой зависит от ее скорости и массы покоя. Обозначения
γ: Гамма-лучи | MIR: Средний инфракрасный | HF: High Freq. |
HX: Hard X-ray | FIR: Far инфракрасный | MF: Средняя частота |
SX: Мягкое рентгеновское излучение | Радиоволны | LF: Низкая частота |
EUV: Экстремальный ультрафиолет | EHF: Чрезвычайно высокая частота. | VLF: Очень низкая частота |
NUV: Ближний ультрафиолетовый | SHF: Сверхвысокая частота | VF / ULF: Голосовая частота |
Видимый свет | UHF: Сверхвысокая частота | SLF: Сверхнизкая частота |
NIR: Ближний Инфракрасный | VHF: Очень высокая частота | ELF: Чрезвычайно низкая частота |
Частота: Частота |
Энергия | Источник |
---|---|
5,25 × 10 эВ | полная энергия, выделяющаяся из устройства ядерного деления 20 кт |
1,22 × 10 эВ | энергия Планка |
10 Y эВ (1 × 10 эВ) | приблизительное энергия великого объединения |
~ 624 E эВ (6,24 × 10 эВ) | энергия, потребляемая одиночная лампа мощностью 100 Вт за одну секунду (100 Вт = 100 Дж / с ≈ 6,24 × 10 эВ / с) |
300 E эВ (3 × 10 эВ = ~ 50 J ) | так называемая частица О-Боже (самая энергичная частица космических лучей из когда-либо наблюдавшихся) |
2 ПэВ | два петаэлектронвольта, самое высокоэнергетическое нейтрино, зарегистрированное нейтринным телескопом IceCube в Антарктиде |
14 ТэВ | расчетная энергия столкновения протонов на Большом адронном коллайдере ( работал на половине этой энергии с 30 марта 2010 г., достигнув 13 ТэВ в мае 2015 г.) |
1 ТэВ | на триллион электронвольт, или 1,602 × 10 Дж, что примерно соответствует кинетической энергии летящего москит |
172 ГэВ | энергия покоя топ-кварка, самая тяжелая измеренная элементарная частица |
125,1 ± 0,2 ГэВ | энергия, соответствующая массе бозона Хиггса, измеренного двумя отдельными детекторами на LHC с точностью лучше, чем 5 сигма |
210 МэВ | высвобожденная средняя энергия при делении одного Pu-239 атома |
200 МэВ | приблизительная средняя энергия, выделяемая при ядерном делении осколков деления одного атома U-235. |
105,7 МэВ | энергия покоя мюона |
17,6 МэВ | средняя энергия, выделяющаяся при синтезе дейтерия и тритий с образованием He-4 ; это составляет 0,41 ПДж на килограмм произведенного продукта |
2 МэВ | приблизительная средняя энергия, выделяемая в нейтроне деления ядра, высвобождаемом одним атомом U-235. |
1,9 МэВ | энергия покоя верхнего кварка, кварка с наименьшей массой. |
1 МэВ (1,602 × 10 Дж) | примерно вдвое больше энергии покоя электрона |
От 1 до 10 кэВ | приблизительная тепловая температура, k BT { displaystyle k_ {B} T}, в системах ядерного синтеза, таких как ядро солнца, магнитно удерживаемая плазма, инерционное удержание и ядерное оружие |
13,6 эВ | энергия, необходимая для ионизации атомарного водорода ; молекулярные энергии связи находятся в порядке от 1 до 10 эВ на связь |
от 1,6 до 3,4 эВ | энергия фотона видимого света |
< 2 eV | приблизительная энергия покоя нейтрино |
1,1 эВ | энергия E g { displaystyle E_ {g}}требуется для разрыва ковалентной связи в кремнии |
720 мэВ | энергия E g { displaystyle E_ {g}}требуется для разрыва ковалентной связи в германии |
25 мэВ | тепловая энергия, k BT { displaystyle k_ {B} T}, при комнатной температуре; одна молекула воздуха имеет среднюю кинетическую энергию 38 мэВ |
230 мкэВ | тепловую энергию, k BT { displaystyle k_ {B} T}космического микроволнового фона |
на моль
Один моль частиц при энергии 1 эВ имеет примерно 96,5 кДж энергии – это соответствует постоянной Фарадея (F ≈ 96485 Кл моль), где энергия в джоулях n моль частиц, каждая с энергией E эВ, равна E · F · n.
См. Также
- Порядки величины (энергии)
Ссылки
Внешние ссылки
- определение электронвольтных констант, данное BIPM,
- ; Данные CODATA