電子ボルト (eV) は、物理学、特に原子物理学、核物理学、素粒子物理学で一般的に使用されるエネルギーの単位です。 1 電子ボルトは、1 ボルトの電位差によって加速された単一の電子によって得られるエネルギーです。ジュールは SI 単位ですが、エネルギー量が信じられないほど小さい亜原子スケールでは電子ボルトの方が直感的です。
数式
1 eV = 1.602 × 10⁻¹⁹ joules
変換するには:
Energy (J) = Energy (eV) × 1.602 × 10⁻¹⁹
Energy (eV) = Energy (J) / 1.602 × 10⁻¹⁹
または、1 eV = 1.602e-19 J という表記を使用します。
実際に動作した例
電子は 100 ボルトの電位によって加速されます。ジュール単位でどのくらいのエネルギーが得られますか?
Energy = 100 eV × 1.602 × 10⁻¹⁹ J/eV
= 1.602 × 10⁻¹⁷ J
ジュールで表すと、これは信じられないほど小さな数値です。 eV では、単純に 100 eV であり、はるかに便利です。
物理学における一般的なエネルギースケール
| 規模 | 一般的なエネルギー |
|---|---|
| 化学結合 | 1～10eV |
| 原子のイオン化 | 10～20eV |
| X線光子 | 1,000～10,000 eV (keV) |
| ガンマ線 | > 1,000,000 eV (MeV) |
| 粒子加速器 | GeV (ギガ eV) または TeV (テラ eV) |
eV を使用すると、これらのスケールをすぐに比較できるようになります。
光子エネルギー
光子は周波数に関連したエネルギーを持っています。
E = h × f
ここで、h = 6.626 × 10⁻³⁴ J・s はプランク定数です。 eV では、これは次のようになります。
E = 4.136 × 10⁻¹⁵ eV·s × f
可視光の光子 (周波数 5 × 10¹⁴ Hz) には次のエネルギーがあります。
E = 4.136 × 10⁻¹⁵ × 5 × 10¹⁴ = 2.07 eV
ジュール単位で計算するよりもはるかに簡単です。
運動エネルギー (eV)
素粒子物理学では、ポテンシャル V によって加速された粒子の運動エネルギーは次のようになります。
KE (eV) = (charge in electrons) × V (volts)
100 万ボルトで加速された陽子は、100 万 eV または 1 MeV の運動エネルギーを獲得します。この単純さが、eV が高エネルギー物理学の標準である理由です。
ヒント
物理学で作業する場合、原子スケールには eV を、巨視的な系にはジュールを使用します。公倍数: keV (103 eV)、MeV (106 eV)、GeV (10⁹ eV)、TeV (10¹² eV)。また、eV は、運動エネルギー、電気エネルギー、電磁エネルギーのいずれであっても、エネルギーを測定することを覚えておいてください。
電子ボルトからジュールへのコンバーター を使用して、eV とジュールの間で瞬時に変換します。