Umrechnung von Elektronenvolt in Millijoule

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 Millijoule (mJ)

Das Millijoule ist eine Energieeinheit und entspricht einem Tausendstel Joule, also 0,001 Joule. Sein Zeichen ist mJ. Es ist die erste Einheit auf dem Weg abwärts vom Joule, bei der der menschliche Körper nicht mehr spürt, was geschieht, und deshalb taucht es überall dort auf, wo eine kleine Energiemenge absichtlich und genau freigesetzt werden muss.

Die alltägliche Mechanik erreicht es mühelos. Eine Büroklammer von einem Gramm, aus einem Meter fallen gelassen, kommt mit etwa zehn Millijoule an. Eine Taste zu drücken verlangt zwei bis drei, eine Seite umzublättern deutlich weniger, und der Funke, der an einem trockenen Tag von einer Türklinke springt, trägt zwischen einem und zehn. Diese letzte Zahl liegt ungefähr an der Empfindungsschwelle, womit das Millijoule die kleinste Energie ist, die ein Mensch gewöhnlich von selbst bemerkt.

Der Explosionsschutz ist hier geschrieben. Die Mindestzündenergie von Methan in Luft liegt bei etwa 0,28 Millijoule, die von Propan bei etwa 0,25, während Wolken aus Mehl, Zucker oder Metallstaub Dutzende Millijoule verlangen. Normen für explosionsgefährdete Bereiche legen die zulässige gespeicherte Energie einer Schaltung an diesen Zahlen fest, sodass das gesamte Gebäude der Eigensicherheit auf Größen dieser Ordnung ruht und nicht auf dem, was ein Spannungsmesser anzeigt.

Medizinische und industrielle Laser werden in Millijoule je Impuls bewertet. Ein gütegeschalteter Laser für die Tätowierungsentfernung oder die Steinzertrümmerung liefert einige hundert Millijoule in wenigen Nanosekunden, und diese äußerste Kürze verwandelt eine bescheidene Energie in eine Spitzenleistung von Megawatt. Die Kapsulotomie am Auge nutzt einige wenige Millijoule, und Geräte der Hautheilkunde werden in derselben Einheit dosiert, weil über die Wirkung im Gewebe die Dosis je Impuls entscheidet und nicht die Sitzung.

Auch kleine elektrische und akustische Größen landen hier. Ein Laserzeiger von einem Milliwatt gibt jede Sekunde ein Millijoule ab. Wer laut spricht, strahlt je Sekunde rund ein Millijoule Schall ab, der Signalgeber eines Rauchmelders mehrere. Ein Kondensator von einem Mikrofarad, auf fünfzig Volt geladen, speichert 1,25 Millijoule, und solche Zahlen stehen auf Blitzschaltungen, Zündbaugruppen und Kameraverschlüssen.

Darüber übernimmt das Joule, und die Wirkungen werden offenkundig mechanisch; darunter übernimmt das Mikrojoule, und die Wirkungen werden unsichtbar. Damit ist das Millijoule die praktische Grenze der Wahrnehmung, was erklärt, warum Sicherheitsgrenzen, Empfindlichkeitsschwellen und Dosisangaben so oft bei drei Nachkommastellen enden, statt weiter hinabzugehen.

Ein Millijoule entspricht 0,001 Joule, etwa 0,000239 Kalorien oder rund 0,000000278 Wattstunden.