Omregning fra Joule til Elektronvolt

Information om Joule (J)

Joulen er SI-enheden for energi, arbejde og varme. Symbolet er J. Én joule er det arbejde, der udføres, når en kraft på én newton flytter sit angrebspunkt én meter, og lige så meget den energi, der afgives, når én watts effekt strømmer i ét sekund.

Den lighed er grunden til, at enheden findes. Før det nittende århundrede blev varme og mekanisk arbejde opfattet som forskellige ting målt i forskellige enheder, varme i kalorier og arbejde i fodpund. James Prescott Joule brugte år på at vise, at en bestemt mængde mekanisk arbejde altid giver den samme mængde varme, mest berømt ved at røre vand med et skovlhjul drevet af faldende lodder og måle temperaturstigningen. At fastlægge den vekselkurs, varmens mekaniske ækvivalent, forenede mekanikken og termodynamikken til ét fag.

Fordi den defineres gennem basisenhederne, binder joulen alt sammen. Den er en newtonmeter, en wattsekund, en coulombvolt og et kilogram meter i anden pr. sekund i anden, og hver af disse former forekommer i brug alt efter, hvilken gren af fysikken der taler. Elektrisk, mekanisk, termisk og kemisk energi tælles alle i samme enhed, og det er det, der overhovedet gør energiregnskab over et helt system muligt.

Skalaen er på nyttig vis i menneskestørrelse. At løfte et æble én meter koster omkring én joule. Et hjerteslag bruger cirka én joule. At tabe en lærebog fra et skrivebord frigør en halv snes. Under det bliver joulen ubekvem, og enhederne med præfiks overtager; over det gør kilojoulen og megajoulen det samme.

Fødevarers energi måles egentlig i joule, og mærkningen i Australien, New Zealand og Den Europæiske Union angiver kilojoule ved siden af eller i stedet for kalorier. Kalorien lever videre i almindelig brug mest af vane, og omregningen, én kalorie lig 4,184 joule, er fastlagt ved definition og ikke målt.

Ernæringslære, ballistik, batterikapacitet, laserudgang, sprængkraft og den energi, et jordskælv frigør, angives alle i joule eller dens multipla, hvilket gør det muligt at sammenligne størrelser fra helt forskellige områder direkte.

Én joule svarer til én newtonmeter, én wattsekund, cirka 0,239 kalorier eller omkring 0,000278 watttimer.

Information om Elektronvolt (eV)

Elektronvolten er en energienhed, der svarer til det arbejde, der udføres på en enkelt elektron, når den passerer en potentialforskel på én volt. Symbolet er eV. Siden SI-omdefineringen i 2019 har den en nøjagtig værdi, 1,602176634 gange ti opløftet til minus nitten joule, fordi elementarladningen nu er en defineret konstant.

Den findes, fordi joulen er håbløst stor for atomernes verden. En enkelt synlig foton bærer mellem cirka 1,6 og 3,3 elektronvolt, og at udtrykke det i joule kræver nitten indledende nuller. At regne i elektronvolt lader en fysiker angive energien i en kemisk binding, en atomar overgang eller et subatomart sammenstød som et tal mellem et og nogle få, hvilket er, hvad en enhed skal gøre.

Skalaen ordner hele fagområder. Kemien bor ved nogle få elektronvolt, energien i bindinger og i de synlige og ultraviolette fotoner, der bryder dem. Røntgenstråling optager kiloelektronvolt. Kernefysikken arbejder i megaelektronvolt, bindingsenergiernes og det radioaktive henfalds skala. Partikelfysikken bruger gigaelektronvolt, hvor protonens hvilemasse er 0,938, og teraelektronvolt ved den store hadronkollider, hvis protoner hver bærer 6,8.

Masse angives i samme enhed gennem masse-energi-relationen. En partikels hvilemasse gives i elektronvolt divideret med lysets hastighed i anden, og fysikere udelader rutinemæssigt nævneren og siger ganske enkelt, at elektronen er 511 kiloelektronvolt. Higgsbosonen er 125 gigaelektronvolt efter samme konvention.

Halvlederteknikken afhænger af den. Det båndgab, der afgør, hvordan et materiale opfører sig elektrisk og optisk, er en energi i elektronvolt: omkring 1,1 for silicium, 3,4 for galliumnitrid, og dette ene tal afgør, om en komponent bliver en solcelle, en transistor eller en blå lysdiode.

Astronomien arver konventionen for højenergetiske fotoner, så gammateleskoper melder deres iagttagelser i gigaelektronvolt og teraelektronvolt i stedet for i bølgelængder.

Partikelacceleratorer bærer navn efter de energier, de når, hvilket er grunden til, at deres navne følger præfikserne. Cockcroft og Waltons maskine, der først spaltede en atomkerne i 1932, arbejdede ved nogle hundrede kiloelektronvolt; Bevatronen i halvtredserne nåede milliarder og fandt antiprotonen; og den store hadronkollider fører protoner til 6,8 teraelektronvolt hver. Den kosmiske stråling sætter alt dette i perspektiv ved at ankomme med energier op til 10 opløftet til tyve elektronvolt, titals millioner gange mere end nogen maskine kan frembringe, om end kun en håndfuld sådanne partikler rammer Jorden på et århundrede pr. kvadratkilometer.

Én elektronvolt svarer til cirka 1,602 gange ti opløftet til minus nitten joule eller omtrent 3,83 gange ti opløftet til minus tyve kalorier.