Conversión de Electronvoltios a 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.

Información sobre el Vatio-hora (Wh)

El vatio hora es una unidad de energía igual a la que aporta un vatio de potencia fluyendo durante una hora, o exactamente 3600 julios. Su símbolo es Wh. Es la calderilla del kilovatio hora, y se usa allí donde las cantidades de energía son demasiado modestas para expresarlas en millares.

Las baterías son su territorio principal. La capacidad de un portátil, un teléfono, una herramienta eléctrica o un altavoz portátil se indica en vatios hora, y esta es la cifra que importa al comparar aparatos, porque combina los dos números que suelen imprimirse en una celda. Una batería marcada con 3000 miliamperios hora a 3,7 voltios almacena unos 11 vatios hora, y la cifra de amperios hora por sí sola carece de sentido sin la tensión.

La normativa aeronáutica ha hecho pública la unidad de forma inesperada. Las baterías de litio de más de 100 vatios hora no pueden llevarse en el equipaje de cabina sin autorización de la aerolínea, y por encima de 160 vatios hora están prohibidas por completo en las aeronaves de pasajeros. Por eso las baterías de portátiles y de cámaras llevan la cifra impresa, y por eso las baterías externas se diseñan para quedar justo por debajo del umbral.

La generación de energía a pequeña escala también la usa. Un panel solar de una luz de jardín, un sensor que recolecta energía o una dinamo de bicicleta producen vatios hora al día y no kilovatios hora, y la electrónica de bajo consumo pensada para funcionar años con una sola pila se presupuesta en milivatios hora.

La unidad comparte la crítica que se hace al kilovatio hora: combina una unidad coherente de potencia del SI con una unidad de tiempo ajena al SI. En términos estrictos del SI, la expresión correcta son 3600 julios, o 3,6 kilojulios, y la escritura científica usa julios. En todo lo demás gana el vínculo práctico con la potencia del aparato.

Los sistemas de almacenamiento de energía, desde una batería doméstica hasta una instalación de red, escalan hacia arriba a través de kilovatios hora y megavatios hora desde el mismo punto de partida, de modo que toda la familia comparte una sola aritmética.

Conviene aclarar aquí una confusión frecuente. Las celdas de batería suelen etiquetarse en amperios-hora o miliamperios-hora, que miden carga y no energía, y dos celdas con el mismo valor en amperios-hora almacenan cantidades bien distintas si sus tensiones difieren. Multiplicar los amperios-hora por la tensión nominal da vatios-hora: una celda de teléfono de 3000 miliamperios-hora a 3,85 voltios guarda unos 11,6 vatios-hora. Por eso las comparaciones de capacidad entre aparatos solo tienen sentido en vatios-hora, por eso las aerolíneas fijan sus límites en vatios-hora, y por eso una batería externa anunciada en miliamperios-hora puede entregar menos de lo que sugiere su cifra una vez contadas sus propias pérdidas de conversión.

Un vatio hora equivale a 3600 julios, a 0,001 kilovatios hora o a unas 0,86 kilocalorías.