Das Elektronenvolt (eV) ist eine in der Physik, insbesondere in der Atom-, Kern- und Teilchenphysik, häufig verwendete Energieeinheit. Ein Elektronenvolt ist die Energie, die ein einzelnes Elektron gewinnt, wenn es durch eine Potentialdifferenz von 1 Volt beschleunigt wird. Während Joule die SI-Einheit sind, sind Elektronenvolt bei subatomaren Größenordnungen, bei denen Energiemengen unglaublich winzig sind, intuitiver.

Die Formel

1 eV = 1.602 × 10⁻¹⁹ joules

Umrechnen:

Energy (J) = Energy (eV) × 1.602 × 10⁻¹⁹
Energy (eV) = Energy (J) / 1.602 × 10⁻¹⁹

Oder mit der Notation 1 eV = 1,602e-19 J.

Arbeitsbeispiel

Ein Elektron wird durch ein 100-Volt-Potential beschleunigt. Welche Energie gewinnt es in Joule?

Energy = 100 eV × 1.602 × 10⁻¹⁹ J/eV
       = 1.602 × 10⁻¹⁷ J

In Joule ausgedrückt, ist dies eine unglaublich kleine Zahl. In eV sind es einfach 100 eV - das ist viel praktischer.

Gemeinsame Energieskalen in der Physik

Skala Typische Energie
Chemische Bindungen 1-10 eV
Atomare Ionisierung 10-20 eV
Röntgenphotonen 1.000-10.000 eV (keV)
Gammastrahlen > 1.000.000 eV (MeV)
Teilchenbeschleuniger GeV (Giga-eV) oder TeV (Tera-eV)

Die Verwendung von eV macht diese Skalen unmittelbar vergleichbar.

Photonenenergie

Die Energie von Photonen hängt von der Frequenz ab:

E = h × f

Dabei ist h = 6,626 × 10-³⁴ J-s die Plancksche Konstante. In eV wird dies zu:

E = 4.136 × 10⁻¹⁵ eV·s × f

Ein Photon des sichtbaren Lichts (Frequenz 5 × 10¹⁴ Hz) hat Energie:

E = 4.136 × 10⁻¹⁵ × 5 × 10¹⁴ = 2.07 eV

Das ist viel einfacher, als in Joule zu rechnen.

Kinetische Energie in eV

In der Teilchenphysik ist die kinetische Energie eines Teilchens, das durch ein Potential V beschleunigt wird, einfach:

KE (eV) = (charge in electrons) × V (volts)

Ein Proton, das auf 1 Million Volt beschleunigt wird, gewinnt 1 Million eV oder 1 MeV an kinetischer Energie. Diese Einfachheit ist der Grund, warum eV in der Hochenergiephysik Standard ist.

Tipps

In der Physik werden eV für atomare Größenordnungen und Joule für makroskopische Systeme verwendet. Übliche Vielfache: keV (10³ eV), MeV (10⁶ eV), GeV (10⁹ eV), TeV (10¹² eV). Denken Sie auch daran, dass eV die Energie misst, unabhängig davon, ob es sich um kinetische, elektrische oder elektromagnetische Energie handelt.

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