センチジュールから電子ボルトへの換算

センチジュール（cJ）について

センチジュール は、1 ジュール の 100 分の 1、すなわち 0.01 ジュール にあたるエネルギーの単位です。記号は cJ です。センチメートル や センチリットル とまったく同じ作り方をした、規則どおりの メートル法 の一員ですが、国際単位系のなかでもっとも書かれることの少ない単位のひとつでもあります。その理由を知ることは、接頭語 が実際にどう選ばれるかを知ることでもあります。

量そのものは思い描きやすいものです。2 グラム ほどの小さな硬貨が 50 センチメートル 落ちると、およそ 1 センチジュール で着地します。鍵盤を 4 回たたく仕事もほぼ同じで、やわらかい ばね を数 ミリメートル 縮める仕事も同じです。小さく意図した動作のエネルギー、すなわち音として聞こえるだけの量はあり、力として感じるには足りない量です。

この単位が珍しいのは、工学が 1000 倍きざみの 接頭語 に落ち着いたからです。ミリ、マイクロ、ナノ と、その上向きの キロ、メガ、ギガ が、隣どうしのあいだに 3 桁を置きながらあらゆる尺度を覆うので、書かれる数値は 1 から 1000 のあいだに収まり、センチ も デシ もいりません。ほとんど誰もが書くのは 10 ミリジュール という形で、それは 1 センチジュール とまったく同じ意味です。

センチ がほかの場所で生き残ったのは、人の寸法がたまたまそれに合うからです。センチメートル は指の幅に、センチリットル は飲み物の一杯に、センチグラム は薬の一服に合います。100 分の 1 が扱いやすい人の量に落ちるところでは 接頭語 は残り、ジュール のようにそうでないところでは、規格から削られることもないまま、静かに実務から消えていきます。

いくつかの技術分野はなお使い続けています。粘度は潤滑油や プロセス 産業で センチポアズ と センチストークス で示され、放射線治療の線量は グレイ ではなく センチグレイ で処方され、土壌水分の張力は センチバール で読まれます。いずれも基本単位の 100 分の 1 が作業範囲にちょうど落ちる場合で、センチメートル と同じ理屈です。この習慣は、いくたびかの近代化の試みを生き延びてきました。

それでも センチジュール に出会ったとき、たいていは古い文章か、訳された資料か、接頭語 を教える例題ですが、安全なのはその場で換算してしまうことです。10 倍すれば ミリジュール として読め、100 で割れば ジュール として読めます。どちらの向きでも情報は失われず、出てきた数値は同じ紙面のほかのすべてと そろい ます。

1 センチジュール は、0.01 ジュール、およそ 0.00239 カロリー、およそ 0.00000278 ワット時 に等しくなります。

電子ボルト（eV）について

電子ボルトは、1 ボルト の電位差を通り抜ける電子 1 個になされる仕事にあたるエネルギーの単位です。記号は eV です。2019 年の SI の再定義以降、その値は厳密に 1.602176634 かける 10 の マイナス 19 乗 ジュール と定まりました。電気素量そのものが、いまや定義された定数だからです。

この単位が存在するのは、原子の世界にとって ジュール が絶望的に大きすぎるからです。可視光の光子 1 個が担うのはおよそ 1.6 から 3.3 電子ボルト であり、これを ジュール で書けば頭に 19 個の零が並びます。電子ボルト で扱えば、化学結合のエネルギーも、原子の遷移も、素粒子の衝突も、1 から数までの数値で言い表せます。単位に求められているのは、まさにこれです。

この尺度は、いくつもの分野をまるごと整理します。化学は数 電子ボルト に住み、それは結合のエネルギーであり、結合を断つ可視光や紫外線の光子のエネルギーです。エックス線は キロ電子ボルト を占めます。原子核物理は メガ電子ボルト で働き、それは結合エネルギーと放射性崩壊の尺度です。素粒子物理は ギガ電子ボルト を用い、そこでは陽子の静止質量が 0.938 です。大型ハドロン衝突型加速器では テラ電子ボルト を使い、その陽子は 1 個あたり 6.8 を担います。

質量も、質量とエネルギーの関係を通じて同じ単位で示されます。粒子の静止質量は、電子ボルト を光速の 2 乗で割った形で与えられますが、物理学者はふつうその除数を省き、電子は 511 キロ電子ボルト だと言ってしまいます。同じ約束のもとで、ヒッグス粒子は 125 ギガ電子ボルト です。

半導体の工学はこの単位に依存しています。ある物質の電気的、光学的なふるまいを決める バンドギャップ は、電子ボルト で表したエネルギーです。ケイ素はおよそ 1.1、窒化ガリウムは 3.4 であり、このひとつの数値が、その素子が太陽電池になるのか、トランジスタになるのか、青色発光ダイオードになるのかを決めます。

天文学は、高いエネルギーの光子についてこの約束を受け継いでいます。そのためガンマ線望遠鏡は、観測結果を波長ではなく ギガ電子ボルト や テラ電子ボルト で報告します。

粒子 の 加速 器 は、達する エネルギー に ちなんで 名づけられ、その 名 は 接頭 語 を たどります。1932 年 に はじめて 原子 核 を 割った コッククロフト と ウォルトン の 装置 は 数百 キロ 電子 ボルト で働きました。1950 年代 の ベバトロン は 十億 の 桁 に達し、反 陽子 を見つけました。そして 大型 ハドロン 衝突 型 の 加速 器 は 陽子 を それぞれ 6.8 テラ 電子 ボルト まで もっていきます。宇宙 線 は これ すべて を 相対 化 します。10 の 二十 乗 電子 ボルト まで の エネルギー で到来し、どの 装置 が作れる 量 の 数千万 倍 だからです。もっとも、その ような 粒子 は 一 平方キロメートル あたり 一 世紀 に ほんの わずか しか 地球 に届きません。

1 電子ボルト は、およそ 1.602 かける 10 の マイナス 19 乗 ジュール、およそ 3.83 かける 10 の マイナス 20 乗 カロリー に等しくなります。