Conversione da Terajoule a Elettronvolt

Informazioni sul Terajoule (TJ)

Il terajoule è un’unità di energia pari a mille gigajoule, cioè 1 000 000 000 000 joule. Il suo simbolo è TJ. È l’unità con cui i paesi mettono a bilancio la propria energia, e compare assai più nelle statistiche ufficiali che in un catalogo di ingegneria, perché è tagliata sul consumo annuo di un comune e non di una macchina.

La contabilità energetica internazionale gira su di essa. L’Agenzia internazionale per l’energia pubblica i bilanci energetici nazionali in terajoule, e gli inventari dei gas serra presentati nel quadro climatico delle Nazioni Unite dichiarano il consumo di combustibili nella stessa unità. I fattori di emissione sono espressi di conseguenza: bruciare un terajoule di gas naturale libera circa 56 tonnellate di anidride carbonica, di gasolio circa 74 e di carbon fossile circa 95, il che trasforma ogni cifra di energia direttamente in una cifra di emissioni.

Anche la produzione si descrive qui. Un aerogeneratore da tre megawatt che lavori con un fattore di utilizzo realistico produce all’incirca 33 terajoule l’anno. Un solo carico di gas naturale liquefatto su una grande nave racchiude quasi 3800 terajoule, ed è per questo che una singola spedizione può coprire settimane di domanda di gas di un paese piccolo. Le batterie di rete, al contrario, si misurano ancora in frazioni di terajoule.

Anche l’energia distruttiva raggiunge questa scala. Una chilotonnellata di TNT vale esattamente 4,184 terajoule, sicché la bomba sganciata su Hiroshima liberò all’incirca 63 terajoule. Un terremoto di magnitudo cinque irradia circa due terajoule di energia sismica, e ogni gradino intero della scala moltiplica quella cifra per una trentina, il che rende un evento di magnitudo sette mille volte più grande di uno di magnitudo cinque.

L’unità segna inoltre un confine nel modo di parlare di energia. Al di sotto, le quantità appartengono a edifici, veicoli e apparecchi, e si discute di rendimenti. A questo livello e oltre, appartengono alla politica: importazioni di combustibili, meccanismi di sostegno, obiettivi di emissione, pianificazione della rete. Si misura la stessa fisica, ma il terajoule è il punto in cui il discorso smette di essere tecnico e diventa politico.

Sopra il terajoule la scala prosegue con il petajoule, usato per interi settori nazionali, e con l’exajoule, usato per i totali mondiali: il consumo mondiale di energia primaria supera i 600 exajoule l’anno. Rileggere quella scala verso il basso significa spostare la virgola di tre posti per volta.

Un terajoule equivale a 1 000 000 000 000 joule, a circa 277,8 megawattora o a circa 239 gigacalorie.

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.