Conversión de Electronvoltios a Megajulios

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.

Información sobre el Megajulio (MJ)

El megajulio es una unidad de energía igual a un millón de julios. Su símbolo es MJ. Es la escala en la que la energía deja de ser una magnitud de laboratorio y se convierte en algo con consecuencias físicas visibles.

Un vehículo en movimiento es el anclaje más fácil. Un automóvil familiar de 1500 kilogramos que circula a 100 kilómetros por hora lleva unos 0,58 megajulios de energía cinética, y toda ella tiene que ir a alguna parte en una colisión. Las estructuras de absorción se diseñan justamente en torno a esta cifra, y por eso lo que se escribe en las normas de seguridad de los vehículos es la energía del impacto y no la velocidad.

Los explosivos también se califican aquí. Un cartucho de dinamita libera aproximadamente un megajulio, y un kilogramo de TNT unos 4,2. Como el equivalente de TNT está definido y no medido, el megajulio tiende el puente entre los explosivos químicos y otras liberaciones de energía, y permite describir el impacto de un meteorito o un accidente industrial en la misma escala que una carga de demolición.

La ingesta diaria de energía de una persona ronda los diez megajulios, que es la misma cifra que 2400 kilocalorías vista desde el otro lado. El trabajo físico es comparable: una jornada de trabajo manual por encima del metabolismo en reposo cuesta unos pocos megajulios, y una etapa larga de ciclismo quizá quince.

Las densidades energéticas de los combustibles viven en esta escala por unidad de masa. La gasolina contiene unos 46 megajulios por kilogramo, la madera unos 16, y una batería moderna de litio unos 0,9. Esa última comparación, un factor de cincuenta, es la única cifra que explica por qué las aeronaves eléctricas siguen siendo difíciles mientras los automóviles eléctricos no lo son.

Los sistemas industriales y militares usan la unidad para la energía almacenada y entregada. Las prestaciones de los cañones de riel y de los lanzadores electromagnéticos se citan en megajulios en la boca, el almacenamiento en volantes de inercia en megajulios, y otro tanto la energía que entrega un gran banco de condensadores en un experimento de fusión.

Comparar tecnologías de almacenamiento en esta unidad resulta instructivo porque las diferencias son enormes. Un kilogramo de gasolina guarda unos 46 megajulios, un kilogramo de madera seca unos 16, y un kilogramo de batería de ion de litio solo unos 0,9, unas cincuenta veces menos que el combustible. Esa sola proporción explica la mayor parte de la dificultad técnica de la aviación eléctrica y buena parte del peso de un coche eléctrico. En sentido contrario, un kilogramo de uranio 235 fisionado por completo libera unos 80 millones de megajulios, y un kilogramo de materia convertido íntegramente en energía daría 90 000 millones. La unidad abarca todo ese rango cambiando de prefijo solo unas pocas veces.

Un megajulio equivale a un millón de julios, a unos 0,278 kilovatios hora o a unas 239 kilocalorías.