Umrechnung von Elektronenvolt in Kilojoule

Informationen über Elektronenvolt (eV)

Das Elektronenvolt ist eine Energieeinheit und entspricht der Arbeit, die an einem einzelnen Elektron verrichtet wird, das eine Potentialdifferenz von einem Volt durchläuft. Sein Zeichen ist eV. Seit der Neudefinition des SI im Jahr 2019 hat es einen exakten Wert, 1,602176634 mal zehn hoch minus neunzehn Joule, weil die Elementarladung nun eine festgelegte Konstante ist.

Es existiert, weil das Joule für die Welt der Atome hoffnungslos groß ist. Ein einzelnes sichtbares Photon trägt zwischen etwa 1,6 und 3,3 Elektronenvolt, und dies in Joule auszudrücken verlangt neunzehn führende Nullen. In Elektronenvolt zu rechnen erlaubt es, die Energie einer chemischen Bindung, eines Atomübergangs oder eines subatomaren Stoßes als Zahl zwischen eins und wenigen anzugeben, und genau das soll eine Einheit leisten.

Der Maßstab ordnet ganze Fachgebiete. Die Chemie lebt bei wenigen Elektronenvolt, der Energie von Bindungen und der sichtbaren und ultravioletten Photonen, die sie brechen. Röntgenstrahlen belegen die Kiloelektronenvolt. Die Kernphysik arbeitet in Megaelektronenvolt, dem Maßstab der Bindungsenergien und des radioaktiven Zerfalls. Die Teilchenphysik nutzt Gigaelektronenvolt, wo die Ruhemasse des Protons 0,938 beträgt, und Teraelektronenvolt am Großen Hadronen-Speicherring, dessen Protonen je 6,8 tragen.

Masse wird über die Masse-Energie-Beziehung in derselben Einheit angegeben. Die Ruhemasse eines Teilchens steht in Elektronenvolt geteilt durch das Quadrat der Lichtgeschwindigkeit, und Physiker lassen den Teiler gewöhnlich weg und sagen schlicht, das Elektron habe 511 Kiloelektronenvolt. Das Higgs-Boson hat nach derselben Übereinkunft 125 Gigaelektronenvolt.

Die Halbleitertechnik hängt davon ab. Die Bandlücke, die bestimmt, wie sich ein Werkstoff elektrisch und optisch verhält, ist eine Energie in Elektronenvolt: rund 1,1 für Silicium, 3,4 für Galliumnitrid, und diese eine Zahl entscheidet, ob ein Bauelement eine Solarzelle, ein Transistor oder eine blaue Leuchtdiode ist.

Die Astronomie übernimmt die Konvention für hochenergetische Photonen, sodass Gammateleskope ihre Beobachtungen in Gigaelektronenvolt und Teraelektronenvolt statt in Wellenlängen berichten.

Teilchenbeschleuniger tragen den Namen der Energien, die sie erreichen, weshalb ihre Namen den Vorsätzen folgen. Die Maschine von Cockcroft und Walton, die 1932 erstmals einen Kern spaltete, arbeitete mit einigen hundert Kiloelektronvolt; das Bevatron der fünfziger Jahre erreichte Milliarden und fand das Antiproton; und der Große Hadronenspeicherring bringt Protonen auf je 6,8 Teraelektronvolt. Die kosmische Strahlung rückt all das zurecht, denn sie trifft mit Energien bis zu 10 hoch zwanzig Elektronvolt ein, zig Millionen Mal mehr, als eine Maschine erzeugen kann — wenngleich in einem Jahrhundert nur eine Handvoll solcher Teilchen je Quadratkilometer die Erde trifft.

Ein Elektronenvolt entspricht etwa 1,602 mal zehn hoch minus neunzehn Joule oder rund 3,83 mal zehn hoch minus zwanzig Kalorien.

Informationen über Kilojoule (kJ)

Das Kilojoule ist eine Energieeinheit und entspricht 1000 Joule. Sein Zeichen ist kJ. Es ist die Arbeitseinheit der Nährwertkennzeichnung in den meisten Teilen der Welt außerhalb Nordamerikas und der natürliche Maßstab für chemische Reaktionen, mechanische Stöße und kleine Mengen gespeicherter Energie.

Auf Lebensmitteletiketten begegnet es den meisten Menschen. Vorschriften der Europäischen Union verlangen die Angabe der Energie in Kilojoule mit Kilokalorien daneben, und Australien und Neuseeland nutzen allein Kilojoule. Eine Scheibe Brot enthält rund 300 Kilojoule, eine Banane etwa 400, und der Tagesbedarf reicht von etwa 8000 bis 10 500. Die Zahlen übertreffen die Entsprechungen in Kilokalorien um den Faktor 4,184, weshalb die beiden Skalen selten verwechselt werden, sobald man sie nebeneinander sieht.

Die Chemie hat es vollständig übernommen. Reaktionsenthalpien, Bindungsdissoziationsenergien, Gitterenergien und Aktivierungsbarrieren stehen in Kilojoule je Mol tabelliert, und die Zahlen fallen bequem aus: eine typische einfache kovalente Bindung zu brechen kostet zwischen 150 und 500 Kilojoule je Mol, und die Verbrennung von Methan setzt 890 frei.

Mechanische Stöße liegen auf demselben Maßstab. Ein Auto mit 50 Kilometern je Stunde trägt rund 150 Kilojoule Bewegungsenergie je Tonne, ein Büchsengeschoss einige wenige und der Faustschlag eines Boxers etwa eines. Normen für Schutzausrüstung geben in Kilojoule an, welche Energie ein Helm oder eine Schutzwand aufnehmen muss, und genau das macht die Einstufungen über Bauarten hinweg vergleichbar.

Die Einheit beschreibt auch gespeicherte Energie in Geräten, die für Kilowattstunden zu klein sind. Der Kondensator eines Kamerablitzes fasst einige Kilojoule, eine Defibrillatorentladung liegt bei rund 0,2, und ein Arbeitstakt eines Druckluftwerkzeugs verbraucht eine Handvoll. Die Physiologie nutzt sie für den Energieaufwand der Bewegung, wo ein Treppenlauf einen Menschen rund 20 Kilojoule kostet.

Ihre wichtigste Mitbewerberin im öffentlichen Gebrauch ist die Kilokalorie, die sich in den Vereinigten Staaten und in der Umgangssprache fast überall hält. Wo beide erscheinen, ist das Kilojoule dasjenige, das ohne Umrechnungsfaktor an die übrige Physik anschließt.

Die Werkstoffprüfung nutzt die Einheit auf eigene Weise. Der Kerbschlagbiegeversuch lässt ein beschwertes Pendel auf einen gekerbten Stab fallen und meldet die beim Bruch aufgenommene Energie, bei Stahl und Zimmerwärme meist einige zehn Joule, doch mit sinkender Temperatur stark fallend. Diese Energie über der Temperatur aufgetragen zeigt den Übergang von zäh zu spröde, jenen Punkt, an dem ein Metall sich nicht mehr biegt, sondern zerspringt. Die Untersuchung der Liberty-Schiffe, die im kalten Atlantik des Zweiten Weltkriegs auseinanderbrachen, ruhte genau auf dieser Messung, und heutige Stahlvorschriften nennen weiterhin eine Mindestenergie bei einer genannten Temperatur.

Ein Kilojoule entspricht 1000 Joule, etwa 239 Kalorien oder rund 0,278 Wattstunden.