Conversión de Calorías a Electronvoltios

Información sobre el Caloría (cal)

La caloría es una unidad de energía igual a 4,184 julios. Su símbolo es cal. Se definió originalmente como el calor necesario para elevar un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua, y no es una unidad del SI, aunque sobrevive casi en todos los lugares donde se habla de alimentos y de calor.

La definición original resultaba incómoda porque la respuesta depende de la temperatura de partida. El agua necesita algo más de calor para pasar de 14,5 a 15,5 grados que de 19,5 a 20,5, de modo que existieron varias calorías rivales: la caloría de quince grados, la caloría media y la caloría de las tablas internacionales del vapor, entre otras. La caloría termoquímica que se usa ahora se define simplemente como 4,184 julios exactos, lo que corta por completo el vínculo con el agua y acaba con la ambigüedad.

La confusión mayor es de escala. La caloría impresa en los envases de alimentos de Estados Unidos no es esta unidad en absoluto, sino la kilocaloría, mil veces mayor, a veces distinguida con una C mayúscula. Una galleta descrita como de sesenta calorías contiene en realidad sesenta mil de la unidad aquí descrita. La convención está arraigada y es improbable que cambie, así que las cifras nutricionales y las físicas deben leerse en registros distintos.

La química conservó la caloría mucho después de que la física siguiera adelante. Las entalpías de reacción, las energías de enlace y los calores de formación se tabularon en kilocalorías por mol durante casi todo el siglo XX, y la literatura antigua y algunos manuales estadounidenses actuales lo siguen haciendo. La cifra equivalente del SI en kilojulios por mol es mayor por un factor de 4,184, y confundir cuál se emplea produce errores de apariencia verosímil.

La ciencia de la nutrición la usa porque el balance energético humano queda casualmente en una escala cómoda en kilocalorías, con una necesidad diaria de unas dos mil. En julios la misma cifra ronda los ocho millones y medio, lo cual es exacto pero más difícil de manejar mentalmente.

El aire acondicionado y la refrigeración de algunos países todavía califican la capacidad en kilocalorías por hora, y los poderes caloríficos de los combustibles aparecen en calorías por gramo en las tablas técnicas antiguas.

Una caloría equivale a 4,184 julios exactos, a 0,001 kilocalorías o a unos 0,00116 vatios hora.

Información sobre el Electronvoltio (eV)

El electronvoltio es una unidad de energía igual al trabajo realizado sobre un solo electrón que atraviesa una diferencia de potencial de un voltio. Su símbolo es eV. Desde la redefinición del SI de 2019 tiene un valor exacto, 1,602176634 por diez elevado a menos diecinueve julios, porque la carga elemental es ahora una constante definida.

Existe porque el julio resulta desesperadamente grande para el mundo atómico. Un solo fotón visible transporta entre 1,6 y 3,3 electronvoltios, y expresarlo en julios exige diecinueve ceros iniciales. Trabajar en electronvoltios permite a un físico enunciar la energía de un enlace químico, de una transición atómica o de una colisión subatómica como un número entre uno y unos pocos, que es lo que se supone que hace una unidad.

La escala organiza disciplinas enteras. La química vive en unos pocos electronvoltios, la energía de los enlaces y de los fotones visibles y ultravioleta que los rompen. Los rayos X ocupan los kiloelectronvoltios. La física nuclear trabaja en megaelectronvoltios, la escala de las energías de enlace y de la desintegración radiactiva. La física de partículas usa gigaelectronvoltios, donde la masa en reposo del protón es 0,938, y teraelectronvoltios en el Gran Colisionador de Hadrones, cuyos protones llevan 6,8 cada uno.

La masa se expresa en la misma unidad mediante la relación masa energía. La masa en reposo de una partícula se da en electronvoltios divididos por la velocidad de la luz al cuadrado, y los físicos suprimen habitualmente el divisor y dicen sin más que el electrón son 511 kiloelectronvoltios. El bosón de Higgs son 125 gigaelectronvoltios con el mismo convenio.

La ingeniería de semiconductores depende de ella. La banda prohibida que determina el comportamiento eléctrico y óptico de un material es una energía en electronvoltios: unos 1,1 para el silicio, 3,4 para el nitruro de galio, y ese único número decide si un dispositivo es una célula solar, un transistor o un diodo emisor de luz azul.

La astronomía hereda el convenio para los fotones de alta energía, de modo que los telescopios de rayos gamma informan de sus observaciones en gigaelectronvoltios y teraelectronvoltios en lugar de en longitudes de onda.

Los aceleradores de partículas se nombran por las energías que alcanzan, y por eso sus nombres siguen a los prefijos. La máquina de Cockcroft y Walton que rompió por primera vez un núcleo en 1932 trabajaba a unos pocos centenares de kiloelectronvoltios; el Bevatrón de los años cincuenta llegó a miles de millones y halló el antiprotón; y el Gran Colisionador de Hadrones lleva a los protones a 6,8 teraelectronvoltios cada uno. Los rayos cósmicos ponen todo esto en perspectiva al llegar con energías de hasta 10 elevado a veinte electronvoltios, decenas de millones de veces más de lo que puede producir cualquier máquina, aunque solo un puñado de tales partículas alcanza la Tierra en un siglo sobre un kilómetro cuadrado.

Un electronvoltio equivale a unos 1,602 por diez elevado a menos diecinueve julios, o aproximadamente 3,83 por diez elevado a menos veinte calorías.