Conversione da Millijoule a Elettronvolt

Informazioni sul Millijoule (mJ)

Il millijoule è un’unità di energia pari a un millesimo di joule, cioè 0,001 joule. Il suo simbolo è mJ. È la prima unità, scendendo dal joule, in cui il corpo umano smette di avvertire ciò che accade, e per questo compare ovunque una piccola quantità di energia debba essere liberata di proposito e con precisione.

La meccanica di tutti i giorni la raggiunge senza fatica. Una graffetta da un grammo, lasciata cadere da un metro, arriva con una decina di millijoule. Premere un tasto ne richiede due o tre, voltare una pagina assai meno, e la scintilla che salta da una maniglia in una giornata secca ne porta fra uno e dieci. Quest’ultima cifra sta all’incirca sulla soglia della sensazione, il che fa del millijoule la più piccola energia che una persona nota abitualmente senza che glielo dicano.

La protezione contro le esplosioni è scritta qui. L’energia minima di accensione del metano in aria è di circa 0,28 millijoule e quella del propano di circa 0,25, mentre le nubi di farina, zucchero o polvere metallica ne chiedono decine. Le norme per le zone pericolose fissano l’energia immagazzinata ammissibile di un circuito rispetto a quei valori, sicché l’intero edificio della sicurezza intrinseca poggia su grandezze di quest’ordine e non su ciò che mostra un voltmetro.

I laser medici e industriali si valutano in millijoule per impulso. Un laser a commutazione di Q usato per togliere tatuaggi o per la litotrissia consegna qualche centinaio di millijoule in pochi nanosecondi, e quella brevità estrema è ciò che converte un’energia modesta in una potenza di picco di megawatt. La capsulotomia oculistica ne usa pochi, e gli apparecchi dermatologici si dosano nella stessa unità perché a decidere l’effetto sul tessuto è la dose per impulso e non la seduta.

Anche le piccole grandezze elettriche e acustiche cadono qui. Un puntatore laser da un milliwatt emette un millijoule al secondo. Chi parla a voce alta irradia circa un millijoule di suono al secondo, e il segnalatore di un rivelatore di fumo parecchi. Un condensatore da un microfarad caricato a cinquanta volt immagazzina 1,25 millijoule, ed è il tipo di cifra stampata su circuiti di flash, moduli di accensione e otturatori fotografici.

Sopra subentra il joule e gli effetti diventano palesemente meccanici; sotto subentra il microjoule e gli effetti diventano invisibili. Ciò fa del millijoule il confine pratico della percezione, e spiega perché limiti di sicurezza, soglie di sensibilità e prescrizioni di dose si fermino così spesso a tre decimali anziché scendere oltre.

Un millijoule equivale a 0,001 joule, a circa 0,000239 calorie o a circa 0,000000278 wattora.

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.