電子ボルトからヘクトジュールへの換算

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。

ヘクトジュール（hJ）について

ヘクトジュール は、100 ジュール にあたるエネルギーの単位です。記号は hJ です。ひとつ下の デカジュール と同じく、規則どおりに作られた メートル法 の単位でありながら、書く人はほとんどいません。ジュール で 3 桁の数を書けばすでに十分に短く、キロジュール が小数点ひとつぶん上で待っているからです。

この量はまさに人の身の丈です。10 キログラム の箱を 1 メートル 持ち上げる仕事は およそ 98 ジュール、つまりほぼちょうど 1 ヘクトジュール です。階段を 1 段のぼると大人はおよそ 120 ジュール を使い、100 ワット の 電球 は毎秒 1 ヘクトジュール を燃やします。安静時の大人の体は、ただ生きているだけで毎秒およそ 1 ヘクトジュール の熱を放ちます。ふつうの暮らしの 1 秒を測る、なかなか正直な物差しなのです。

よく知られた量のいくつかが、名前を借りずにここへ落ちてきます。写真 スタジオ の閃光装置は 1 から 10 ヘクトジュール で格付けされますが、業界では ワット 秒 と呼びます。除細動器は 1 回の通電で 2 ヘクトジュール を送ります。構造用鋼は 切欠き 付き試験片の衝撃試験で少なくとも 27 ジュール を吸収せねばならず、粘りのある鋼種は 1 ヘクトジュール をゆうに超えて吸収します。曲がる板と割れる板を分けるのがこの差です。

接頭語 そのものは決して死んでいませんが、生き残っているのはほかの単位に付いた姿です。ヘクトパスカル は地球上のあらゆる天気予報で使う気圧の単位で、1 ヘクトパスカル がちょうど 1 ミリバール に等しいからこそ選ばれました。予報の現場は、図の数字を 1 つも変えずに国際単位系へ移れたのです。ヘクタール はほぼ世界中で土地を測り、ヘクトリットル は ぶどう酒 と ビール と牛乳の取引単位です。

ジュール では、そうした条件がひとつも整いませんでした。ヘクトジュール が合わせるべき古い単位もなく、これを使えば整う数値の範囲もなく、必要とする商いもなかったのです。工学はすでに キロ を上への最初の段と決めていたので、ヘクトジュール に残されたのは、ふつうの小数表記だけで十分こなせる範囲でした。

ですから読むには掛け算ひとつで足ります。100 ヘクトジュール は 10 キロジュール、4 ヘクトジュール は 400 ジュール です。今日の仕様書や試験報告書や データシート が使うのは ジュール の形ですから、見た そばから 換算しておけば、まわりに印刷された数値と食い違いません。

1 ヘクトジュール は、100 ジュール、およそ 23.9 カロリー、およそ 0.0278 ワット時 に等しくなります。