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 ). В Российской Федерации электронвольт допущен к использованию в качестве внесистемной единицы без ограничения срока с областью применения «физика»Положение о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации. Утверждено Постановлением Правительства РФ от 31 октября 2009 г. № 879..

Определение Один электронвольт равен энергии, необходимой для переноса элементарного заряда в электростатическом поле между точками с разницей потенциалов в . Так как работа при переносе заряда равна (где  — разность потенциалов), а элементарный заряд составляет (точно)http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Fundamental Physical Constants — Complete Listing, то

(точно).

Основные сведения В физике элементарных частиц в электронвольтах обычно выражается не только энергия , но и масса элементарных частицНаучно-популярный доклад на Президиуме РАН Л. Б. Окуня. Основанием для этого служит тот факт, что в силу эквивалентности массы и энергии выполняется соотношение , где  — скорость света,  — энергия покоящейся частицы. Поскольку  — фундаментальная постоянная, равная (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 (точно), и напротив, (точно). Атомная единица массы близка по значению к (с погрешностью около 7 %): , и напротив, . Импульс элементарной частицы также может быть выражен в электронвольтах (строго говоря, в эВ/).

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 комараGlossary  — CMS Collaboration, CERN: «Electronvolt (eV): A unit of energy or mass used in particle physics». или энергии, выделяющейся при падении маленькой капли воды диаметром в (массой ) с высоты .

Температура, которая является мерой средней кинетической энергии частиц, тоже иногда выражается в электронвольтах, исходя из соотношения температуры и энергии частиц в одноатомном идеальном газе . В температурных единицах соответствует (точно) (см. постоянная Больцмана).

В электронвольтах выражают энергию квантов электромагнитного излучения (фотонов). Энергия фотонов с частотой в электронвольтах численно равна , а излучения с длиной волны  — , где  — постоянная Планка, а  — энергия, равная одному электронвольту, выраженная в единицах той же системы единиц, что и использованная для выражения , и . Так как для ультрарелятивистских частиц, в том числе фотонов, , 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:

= (точно) ≈

Так, фотон с длиной волны имеет энергию фотон с энергией имеет длину волны 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 , он приобретает (или теряет) энергию (точно), равную произведению на число Авогадро. Эта величина, выраженная в джоулях, численно равна постоянной Фарадея (модулю заряда электронов), выраженной в кулонах. Аналогично, если при химической реакции в одном моле вещества выделяется (или поглощается) энергия , то соответственно каждая молекула теряет (или получает) около .

В электронвольтах измеряется также ширина распада элементарных частиц и других квантовомеханических состояний, например ядерных энергетических уровней. Ширина распада — это неопределённость энергии состояния, связанная с временем жизни состояния соотношением неопределённостей: ). Частица с шириной распада имеет время жизни (точно). Аналогично квантовомеханическое состояние с временем жизни имеет ширину (точно).

Одним из первых термин «электронвольт» применил американский физик и инженер в 1923 году.

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 твёрдого тела, физике полупроводников и физике нейтрино — дольные единицы: миллиэлектронвольты (мэВ, meV, 10−3 эВ).

Некоторые значения энергий и масс в электронвольтах Энергия фотона с длиной волны (радиолиния нейтрального атомарного водорода) 5,87433 мкэВ Энергия фотона 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 кислородаЧисленно равна стандартной энтальпии образования воды в джоулях на моль, делённой на постоянную Авогадро и делённой на модуль заряда электрона в кулонах 3,0 эВ Постоянная Ридберга (почти равна энергии ионизации атома водорода) 13,605 693 122 994(26) эВ Энергия электрона в кинескопе телевизора Порядка 20 кэВ Энергии космических лучей 1 МэВ — 1 эВ Типичная энергия частиц — продуктов ядерного распада альфа-частицы 2—10 МэВ бета-частицы 0—6 МэВ гамма-кванты 0,01—5 МэВ Массы частиц Нейтрино Сумма масс всех трёх ароматов Электрон 0,510 998 950 00(15) МэВ Протон 938,272 088 16(29) МэВ Бозон Хиггса 125,09 ± 0,24 ГэВ t-кварк (самая тяжёлая из известных элементарных частиц) 173,315 ± 0,485 ± 1,23 ГэВ Планковская масса 1,220 890(14) ГэВ

Примечания

Ссылки CODATA: Fundamental Physical Constants — Complete Listing Онлайн-конвертор единиц электронвольт в другие системы счислений

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