Conversione da 20 Elettronvolt a Megajoule

Informazioni sul Elettronvolt (eV)

L’elettronvolt è un’unità di energia pari al lavoro compiuto su un singolo elettrone che attraversa una differenza di potenziale di un volt. Il suo simbolo è eV. Dalla ridefinizione del SI del 2019 ha un valore esatto, 1,602176634 per dieci elevato a meno diciannove joule, perché la carica elementare è ora una costante definita.

Esiste perché il joule è disperatamente grande per il mondo atomico. Un singolo fotone visibile porta fra circa 1,6 e 3,3 elettronvolt, ed esprimerlo in joule richiede diciannove zeri iniziali. Lavorare in elettronvolt consente a un fisico di enunciare l’energia di un legame chimico, di una transizione atomica o di un urto subatomico come un numero fra uno e pochi, che è ciò che un’unità dovrebbe fare.

La scala organizza intere discipline. La chimica vive a pochi elettronvolt, l’energia dei legami e dei fotoni visibili e ultravioletti che li spezzano. I raggi X occupano i chiloelettronvolt. La fisica nucleare lavora in megaelettronvolt, la scala delle energie di legame e del decadimento radioattivo. La fisica delle particelle usa i gigaelettronvolt, dove la massa a riposo del protone è 0,938, e i teraelettronvolt al Grande collisore di adroni, i cui protoni portano 6,8 ciascuno.

La massa si indica nella stessa unità attraverso la relazione massa-energia. La massa a riposo di una particella si dà in elettronvolt divisi per il quadrato della velocità della luce, e i fisici sopprimono abitualmente il divisore dicendo semplicemente che l’elettrone è 511 chiloelettronvolt. Il bosone di Higgs è 125 gigaelettronvolt secondo la stessa convenzione.

L’ingegneria dei semiconduttori vi si appoggia. Il divario di banda che determina il comportamento elettrico e ottico di un materiale è un’energia in elettronvolt: circa 1,1 per il silicio, 3,4 per il nitruro di gallio, e questo solo numero decide se un dispositivo sia una cella solare, un transistore o un diodo a emissione di luce blu.

L’astronomia eredita la convenzione per i fotoni di alta energia, sicché i telescopi per raggi gamma riferiscono le osservazioni in gigaelettronvolt e teraelettronvolt anziché in lunghezze d’onda.

Gli acceleratori di particelle prendono nome dalle energie che raggiungono, ed è per questo che i loro nomi seguono i prefissi. La macchina di Cockcroft e Walton che per prima spezzò un nucleo nel 1932 lavorava a qualche centinaio di chiloelettronvolt; il Bevatrone degli anni cinquanta arrivò ai miliardi e trovò l’antiprotone; e il Grande Collisore di Adroni porta i protoni a 6,8 teraelettronvolt ciascuno. I raggi cosmici mettono tutto ciò in prospettiva arrivando con energie fino a 10 elevato a venti elettronvolt, decine di milioni di volte più di quanto ogni macchina possa produrre, benché solo una manciata di tali particelle colpisca la Terra in un secolo per chilometro quadrato.

Un elettronvolt equivale a circa 1,602 per dieci elevato a meno diciannove joule, ovvero all’incirca 3,83 per dieci elevato a meno venti calorie.

Informazioni sul Megajoule (MJ)

Il megajoule è un’unità di energia pari a un milione di joule. Il suo simbolo è MJ. È la scala alla quale l’energia smette di essere una grandezza da laboratorio e diventa qualcosa con conseguenze fisiche visibili.

Un veicolo in moto è l’ancoraggio più facile. Un’automobile familiare di 1500 chilogrammi a 100 chilometri all’ora porta circa 0,58 megajoule di energia cinetica, e in un urto tutto quanto deve andare da qualche parte. Le strutture ad assorbimento si progettano proprio attorno a questa cifra, ed è per questo che le norme di sicurezza dei veicoli fissano l’energia d’urto e non la velocità.

Anche gli esplosivi si classificano qui. Un candelotto di dinamite libera all’incirca un megajoule, e un chilogrammo di TNT circa 4,2. Poiché l’equivalente in TNT è definito e non misurato, il megajoule fa da ponte fra gli esplosivi chimici e le altre liberazioni di energia, consentendo di descrivere l’impatto di una meteora o un incidente industriale sulla stessa scala di una carica da demolizione.

L’apporto energetico quotidiano di una persona si aggira sui dieci megajoule, la stessa cifra delle 2400 chilocalorie vista dall’altro lato. Il lavoro fisico è paragonabile: una giornata di lavoro manuale al di sopra del metabolismo a riposo costa qualche megajoule, e una lunga tappa ciclistica forse quindici.

Le densità energetiche dei combustibili stanno su questa scala per unità di massa. La benzina contiene circa 46 megajoule per chilogrammo, il legno una sedicina, e una batteria moderna al litio circa 0,9. Quest’ultimo confronto, un fattore cinquanta, è l’unico numero che spiega perché gli aerei elettrici restino difficili mentre le automobili elettriche no.

I sistemi industriali e militari usano l’unità per l’energia immagazzinata e ceduta. Le prestazioni dei cannoni a rotaia e dei lanciatori elettromagnetici si citano in megajoule alla volata, l’accumulo a volano in megajoule, e allo stesso modo l’energia ceduta da un grande banco di condensatori in un esperimento di fusione.

Confrontare le tecniche di accumulo in quest’unità è istruttivo, perché i divari sono enormi. Un chilogrammo di benzina racchiude circa 46 megajoule, un chilogrammo di legno secco circa 16, e un chilogrammo di batteria agli ioni di litio soltanto circa 0,9, una cinquantina di volte meno del carburante. Quel solo rapporto spiega gran parte della difficoltà tecnica del volo elettrico e molto del peso di un’auto elettrica. Nel senso opposto, un chilogrammo di uranio 235 interamente fissionato libera circa 80 milioni di megajoule, e un chilogrammo di materia convertito interamente in energia ne darebbe 90 miliardi. L’unità copre tutto quell’arco cambiando prefisso solo poche volte.

Un megajoule equivale a un milione di joule, a circa 0,278 chilowattora o a circa 239 chilocalorie.