Conversione da Wattora a Elettronvolt

Informazioni sul Wattora (Wh)

Il wattora è un’unità di energia pari all’energia fornita da un watt di potenza che scorre per un’ora, ossia esattamente 3600 joule. Il suo simbolo è Wh. È la moneta spicciola del chilowattora, usata ovunque le quantità di energia siano troppo modeste per esprimersi in migliaia.

Le batterie sono il suo territorio principale. La capacità di un portatile, di un telefono, di un utensile elettrico o di un altoparlante portatile si indica in wattora, ed è questa la cifra che conta nel confrontare apparecchi, perché unisce i due numeri di solito stampati su una cella. Una batteria indicata come 3000 milliamperora a 3,7 volt immagazzina circa 11 wattora, e il dato in amperora da solo non significa nulla senza la tensione.

La normativa aeronautica ha reso l’unità inaspettatamente pubblica. Le batterie al litio sopra i 100 wattora non possono essere portate nel bagaglio a mano senza consenso della compagnia, e oltre i 160 wattora sono del tutto vietate sugli aerei passeggeri. È per questo che le batterie di portatili e macchine fotografiche recano il dato stampato, e che i caricabatterie portatili sono progettati per restare appena sotto la soglia.

Anche la produzione di energia su piccola scala la usa. Un pannello solare di una lampada da giardino, un sensore che raccoglie energia dall’ambiente o una dinamo da bicicletta producono wattora al giorno e non chilowattora, e l’elettronica a basso consumo pensata per funzionare anni con una sola pila si preventiva in milliwattora.

L’unità condivide la critica rivolta al chilowattora: unisce un’unità coerente di potenza del SI a un’unità di tempo estranea al SI. In termini rigorosamente SI l’espressione corretta è 3600 joule, ossia 3,6 chilojoule, e la scrittura scientifica usa i joule. In tutto il resto vince il legame pratico con la potenza dell’apparecchio.

I sistemi di accumulo, dalla batteria domestica all’impianto di rete, salgono attraverso chilowattora e megawattora dallo stesso punto di partenza, sicché l’intera famiglia condivide un’unica aritmetica.

Vale la pena chiarire qui una confusione frequente. Le celle delle batterie sono di norma etichettate in ampere-ora o milliampere-ora, che misurano carica e non energia, e due celle con lo stesso valore in ampere-ora immagazzinano quantità assai diverse se le loro tensioni differiscono. Moltiplicare gli ampere-ora per la tensione nominale dà i wattora: una cella per telefono da 3000 milliampere-ora a 3,85 volt racchiude circa 11,6 wattora. Ecco perché i confronti di capacità fra apparecchi hanno senso solo in wattora, perché le compagnie aeree fissano i loro limiti in wattora, e perché una batteria portatile reclamizzata in milliampere-ora può rendere meno del suo numero una volta contate le proprie perdite di conversione.

Un wattora equivale a 3600 joule, a 0,001 chilowattora o a circa 0,86 chilocalorie.

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.