En física y química , el electronvoltio o electronvoltio (plural electronvoltios o electronvoltios) (símbolo eV ) es una unidad de medida de energía .
El valor del electronvoltio se define como la energía cinética adquirida por un electrón acelerado desde el reposo por una diferencia de potencial de un voltio : 1 eV = (1 e ) × (1 V ), donde e denota el valor absoluto de la carga eléctrica de el electrón (o carga elemental ). Un electronvoltio es igual a:
1 eV = 1.602 176 634 × 10 -19 J .Es una unidad fuera del Sistema Internacional de Unidades (SI), pero se acepta su uso con él . Su valor se obtiene de forma experimental.
o :
h = 6.626 070 15 × 10 −34 J s es la constante de Planck ; α = 7.297 352 566 4 (17) × 10 −3 ( adimensional ) es la constante de estructura fina ; μ 0 = 4π × 10 −7 H / m es la permeabilidad magnética del vacío ; c = 2.997 924 58 × 10 8 m / s es la velocidad de la luz en el vacío; J es el símbolo de julio ; Es el símbolo del culombio .El electronvoltio se utiliza en particular en física de partículas para expresar los niveles de energía encontrados en aceleradores de partículas y fusión termonuclear , en física de semiconductores para expresar la brecha de estos o en física de plasma:
Submúltiplos y múltiplos habituales :
En algunos documentos relativamente antiguos, se puede ver la notación “BeV”, por mil millones de electronvoltios ( “mil millones de electronvoltios” ): BeV es equivalente a GeV (gigaelectronvoltios).
En química, algunas medidas de energía específicas, en particular el potencial electroquímico , el potencial de extracción de los elementos, la energía de ionización de átomos gaseosos u otras moléculas en atomística , la energía térmica de las moléculas, se expresan con bastante frecuencia en eV .
1 eV = 96,485 kJ / mol o 23,06 kcal / molDe la relación E = mc 2 de relatividad especial , deducimos:
Por ejemplo, la masa del electrón es de 511 keV / c 2 , la del protón de 938 MeV / c 2 y la del neutrón es de 940 MeV / c 2 .
En el sistema de unidades naturales que suelen utilizar los físicos de partículas, en el que establecemos c = 1, omitimos escribir "/ c 2 ".
Siguiendo el razonamiento anterior, también podemos usar el electronvoltio como unidad de impulso , en eV / c . Aquí nuevamente, el sistema de unidades naturales permite escribir este impulso directamente en eV , en general en GeV o en TeV .
En algunas áreas, como la física del plasma , puede resultar práctico utilizar el electronvoltio como unidad de temperatura. Para realizar la conversión, la constante de Boltzmann k se usa B .
Por ejemplo, una temperatura de plasma típica en una fusión por confinamiento magnético es de 15 keV o 174 MK ( megakelvins ). La temperatura ambiente (~ 20 ° C ) corresponde a 1/40 de un electronvoltio ( 0,025 eV ).
También sucede que medimos una duración muy corta en electronvoltios. De hecho, de acuerdo con la relación de Heisenberg , podemos hacer coincidir un tiempo con la energía, y cuando ese tiempo es muy pequeño (menos del attosegundo , o 10-18 s ), la medición es menos significativa a los ojos del observador expresada en segundos que en eV. La conversión se lleva a cabo por:
Tales duraciones se encuentran especialmente en las vidas medias de núcleos exóticos . Por ejemplo, la vida media de 8 C es 230 keV , o 1,43 × 10 −21 s .
Por conveniencia, es común omitir el factor 2 en cálculos que involucran múltiples unidades. Por lo tanto, la conversión se convierte en ħ / eV = 6.582 119 × 10 −16 s
También sucede que la energía de los fotones se mide en electronvoltios.
es :pero la constante de h Planck es igual a:
y c la velocidad de la luz es 299 792 458 m s -1 .
Entonces, un fotón de 1 eV tendrá una longitud de onda de 1.239 841 875 µm . En la práctica, se calcula una longitud de onda de 1,24 nm para un fotón de 1 keV .
En cálculos que involucran múltiples unidades, es mejor usar ħ en lugar de h. La fórmula para calcular la velocidad de la luz sigue siendo una distancia dividida por un tiempo (por lo tanto, sin ajuste por un factor de 2 π).