Conversione da Elettronvolt a Chilojoule

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 Chilojoule (kJ)

Il chilojoule è un’unità di energia pari a 1000 joule. Il suo simbolo è kJ. È l’unità di lavoro dell’etichettatura nutrizionale in gran parte del mondo fuori dal Nord America, e la scala naturale delle reazioni chimiche, degli urti meccanici e delle piccole quantità di energia immagazzinata.

L’etichettatura alimentare è dove la maggior parte delle persone lo incontra. La normativa dell’Unione europea impone di dichiarare l’energia in chilojoule con le chilocalorie a fianco, e Australia e Nuova Zelanda usano i soli chilojoule. Una fetta di pane ne contiene circa 300, una banana circa 400, e il fabbisogno quotidiano va da circa 8000 a 10 500. Le cifre superano le equivalenti in chilocalorie di un fattore 4,184, ed è per questo che le due scale raramente si confondono una volta viste affiancate.

La chimica lo ha adottato in blocco. Entalpie di reazione, energie di dissociazione di legame, energie reticolari e barriere di attivazione si tabulano in chilojoule per mole, e i numeri cadono in un intervallo comodo: rompere un tipico legame covalente semplice costa fra 150 e 500 chilojoule per mole, e la combustione del metano ne libera 890.

Gli urti meccanici stanno sulla stessa scala. Un’automobile a 50 chilometri all’ora porta circa 150 chilojoule di energia cinetica per tonnellata, un proiettile da carabina alcuni, e il pugno di un pugile circa uno. Le norme sui dispositivi di protezione specificano in chilojoule l’energia che un casco o una barriera devono assorbire, ed è ciò che rende confrontabili le classificazioni fra modelli diversi.

L’unità descrive anche l’energia immagazzinata in apparecchi troppo piccoli per i chilowattora. Il condensatore del flash di una macchina fotografica ne trattiene alcuni, una scarica di defibrillatore si aggira sui 0,2, e un ciclo di un utensile pneumatico ne consuma una manciata. La fisiologia la usa per il costo energetico del movimento, dove salire una rampa di scale costa a una persona circa 20 chilojoule.

La sua principale concorrente nell’uso pubblico è la chilocaloria, che resiste negli Stati Uniti e nel parlato quasi ovunque. Dove compaiono entrambe, il chilojoule è quello che si raccorda al resto della fisica senza fattore di conversione.

La prova dei materiali usa l’unità in modo caratteristico. La prova Charpy lascia cadere un pendolo zavorrato su una barretta intagliata e riferisce l’energia assorbita nella rottura, di norma qualche decina di joule per l’acciaio a temperatura ambiente, ma in caduta netta al calare della temperatura. Riportare quell’energia in funzione della temperatura rivela il passaggio da duttile a fragile, il punto in cui un metallo cessa di piegarsi e comincia a frantumarsi. L’indagine sulle navi Liberty che si spezzarono in due nel freddo Atlantico durante la Seconda guerra mondiale poggiò esattamente su questa misura, e le prescrizioni moderne dell’acciaio indicano ancora un’energia assorbita minima a una temperatura dichiarata.

Un chilojoule equivale a 1000 joule, a circa 239 calorie o a circa 0,278 wattora.