Conversión de Electronvoltios a Microjulios

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 Microjulio (µJ)

El microjulio es una unidad de energía igual a una millonésima de julio, es decir, 0,000001 julios. Su símbolo es µJ. Es la escala de los seres vivos pequeños, de los pulsos láser breves y de la electricidad que un sensor gasta al despertarse, y es la unidad de energía más pequeña que todavía describe sucesos que una persona puede advertir sin ayuda.

Aquí viven los insectos. Una pulga de medio miligramo que salta veinte centímetros gasta cerca de un microjulio, y un mosquito en vuelo horizontal lleva alrededor de un cuarto. Levantar un gramo una décima de milímetro cuesta lo mismo. Son estas cantidades las que hacen intuitiva la unidad: no invisibles en principio, sino simplemente demasiado pequeñas para importar salvo que algo las repita millones de veces por segundo.

La seguridad frente a la ignición se escribe en este intervalo, y las cifras deciden cómo puede construirse un equipo. La energía mínima que inflama una mezcla de hidrógeno y aire ronda los 17 microjulios; para la mayoría de los vapores de hidrocarburos son unos pocos cientos. Los aparatos de seguridad intrínseca para refinerías, silos y minas se certifican demostrando que ningún fallo puede liberar más de lo que la mezcla exige, y por eso los circuitos destinados a zonas peligrosas se auditan en microjulios y no en voltios.

Los instrumentos de luz pulsada se especifican en microjulios casi sin excepción. Un lidar de vehículo dispara pulsos de unos pocos microjulios muchos miles de veces por segundo, los sistemas de marcado láser emplean decenas o centenas, y los amplificadores de femtosegundo destinados al micromecanizado ocupan la parte alta del intervalo. La energía por pulso fija lo que el haz puede cortar, obtener en imagen o iluminar sin riesgo, y la potencia media por sí sola no responde a esa pregunta.

La electrónica de bajo consumo hace sus cuentas en los mismos términos. Una etiqueta pasiva de identificación por radiofrecuencia recoge unos pocos microjulios del campo del lector y debe completar todo su intercambio dentro de eso. Un anuncio de radio de corto alcance cuesta decenas de microjulios, el movimiento de un reloj de cuarzo cerca de uno por segundo, y un sensor de temperatura que despierta, mide y vuelve a dormirse puede gastar menos de diez. La autonomía de tales aparatos es aritmética hecha en microjulios.

Por encima toma el relevo el milijulio y los efectos se vuelven mecánicos: una chispa que se siente, un chasquido que se oye, un objeto pequeño que cae. Por debajo toma el relevo el nanojulio y los efectos se vuelven ópticos y electrónicos. El microjulio ocupa la banda estrecha intermedia, y por eso tantas disciplinas que por lo demás nada comparten convergen en el mismo prefijo.

Un microjulio equivale a 0,000001 julios, a unos 6,24 × 10¹² electronvoltios o a unos 2,78 × 10⁻¹⁰ vatios hora.