전자볼트에서 메가줄(으)로 변환

전자볼트(eV)에 대하여

전자볼트는 1 볼트의 전위차를 지나는 전자 하나에 이루어지는 일에 해당하는 에너지 단위입니다. 기호는 eV 입니다. 2019 년 국제단위계 재정의 뒤로 그 값은 정확히 1.602176634 곱하기 10 의 마이너스 19 제곱 줄로 정해졌습니다. 기본 전하 자체가 이제 정의된 상수이기 때문입니다.

이 단위가 있는 까닭은 원자의 세계에 줄이 가망 없이 크기 때문입니다. 눈에 보이는 빛의 광자 하나가 나르는 것은 약 1.6 에서 3.3 전자볼트이며, 이를 줄로 쓰면 앞에 열아홉 개의 영이 늘어섭니다. 전자볼트로 다루면 화학 결합의 에너지도, 원자의 전이도, 소립자의 충돌도 1 에서 몇까지의 숫자로 말할 수 있습니다. 단위에 바라는 바가 바로 이것입니다.

이 눈금은 여러 분야를 통째로 정리합니다. 화학은 몇 전자볼트에 살며, 그것은 결합의 에너지이자 그 결합을 끊는 가시광과 자외선 광자의 에너지입니다. 엑스선은 킬로전자볼트를 차지합니다. 원자핵 물리는 메가전자볼트에서 일하며, 이는 결합 에너지와 방사성 붕괴의 눈금입니다. 입자 물리는 기가전자볼트를 쓰는데, 거기서 양성자의 정지 질량은 0.938 입니다. 대형 강입자 충돌기에서는 테라전자볼트를 쓰며, 그 양성자는 하나에 6.8 을 지닙니다.

질량도 질량과 에너지의 관계를 통해 같은 단위로 적힙니다. 입자의 정지 질량은 전자볼트를 빛 속력의 제곱으로 나눈 꼴로 주어지지만, 물리학자들은 보통 그 나눗수를 빼고 전자는 511 킬로전자볼트라고 말해 버립니다. 같은 약속에 따라 힉스 보손은 125 기가전자볼트입니다.

반도체 공학은 이 단위에 기대고 있습니다. 어떤 물질이 전기와 빛에 대해 어떻게 굴지를 정하는 띠틈은 전자볼트로 나타낸 에너지입니다. 규소는 약 1.1, 질화갈륨은 3.4 이며, 이 하나의 숫자가 그 소자가 태양전지가 될지, 트랜지스터가 될지, 파란빛 발광 다이오드가 될지를 정합니다.

천문학은 에너지가 높은 광자에 대해 이 약속을 물려받았습니다. 그래서 감마선 망원경은 관측 결과를 파장이 아니라 기가전자볼트와 테라전자볼트로 알립니다.

입자 가속기는 이르는 에너지를 따라 이름이 붙으며, 그래서 그 이름이 접두어를 좇습니다. 1932 년에 처음으로 원자핵을 쪼갠 콕크로프트와 월턴의 장치는 몇백 킬로전자볼트로 일했습니다. 1950 년대의 베바트론은 십억 자리에 이르러 반양성자를 찾아냈습니다. 그리고 대형 강입자 충돌기는 양성자를 저마다 6.8 테라전자볼트까지 끌어올립니다. 우주선은 이 모두를 견주게 합니다. 10 의 스무 제곱 전자볼트에 이르는 에너지로 날아들어, 어떤 장치가 만들 수 있는 양의 몇천만 곱절이기 때문입니다. 다만 그런 알갱이는 1 제곱킬로미터마다 한 세기에 겨우 몇 개만 지구에 닿습니다.

1 전자볼트는 약 1.602 곱하기 10 의 마이너스 19 제곱 줄, 약 3.83 곱하기 10 의 마이너스 20 제곱 칼로리와 같습니다.

메가줄(MJ)에 대하여

메가줄은 100 만 줄에 해당하는 에너지 단위입니다. 기호는 MJ 입니다. 에너지가 실험실 안의 양이기를 그치고 눈에 보이는 물리적 결과를 지닌 것으로 바뀌는 눈금입니다.

가장 알기 쉬운 실마리는 달리는 자동차입니다. 1500 킬로그램의 승용차가 시속 100 킬로미터로 달리면 약 0.58 메가줄의 운동 에너지를 지닙니다. 부딪치면 그 모두가 어딘가로 가야 합니다. 충격을 빨아들이는 구조는 바로 이 값을 중심으로 설계되며, 차량 안전 기준에 적히는 것이 속도가 아니라 충돌 에너지인 까닭이 여기 있습니다.

폭약도 여기서 등급이 매겨집니다. 다이너마이트 한 개는 약 1 메가줄, TNT 1 킬로그램은 약 4.2 메가줄을 풀어놓습니다. TNT 환산은 잰 값이 아니라 정해진 값이므로, 메가줄은 화학 폭약과 그 밖의 에너지 방출 사이에 다리를 놓아, 운석 충돌이나 산업 재해를 철거용 장약과 같은 눈금으로 말할 수 있게 합니다.

사람이 하루에 들이는 에너지는 약 10 메가줄이며, 이는 2400 킬로칼로리를 반대편에서 본 같은 값입니다. 몸으로 하는 일도 비슷합니다. 쉴 때의 대사를 넘는 손일 하루는 몇 메가줄, 자전거의 긴 한 구간은 아마 열다섯 메가줄쯤을 씁니다.

연료의 질량당 에너지 밀도도 이 눈금에 있습니다. 휘발유는 1 킬로그램당 약 46 메가줄, 나무는 약 16, 요즘의 리튬 전지는 약 0.9 입니다. 이 마지막 견줌, 곧 쉰 배라는 차이야말로 전기 자동차는 이루어졌는데 전기 비행기는 아직 어려운 까닭을 단 하나의 숫자로 설명합니다.

산업과 군사의 장치는 쌓아 둔 에너지와 내보낸 에너지에 이 단위를 씁니다. 레일건과 전자기 발사 장치의 성능은 포구에서의 메가줄로 적히고, 플라이휠 저장도 메가줄이며, 핵융합 실험에서 큰 축전기 무리가 내놓는 에너지도 마찬가지입니다.

저장 기술을 이 단위로 견주는 일은 배울 바가 많습니다. 사이가 매우 크기 때문입니다. 휘발유 1 킬로그램은 약 46 메가줄, 마른 나무 1 킬로그램은 약 16, 리튬 이온 전지 1 킬로그램은 겨우 약 0.9 로 연료의 오십분의 일쯤밖에 되지 않습니다. 이 하나의 비가 전기 비행의 기술적 어려움의 태반과 전기차 무게의 많은 부분을 풀어 줍니다. 거꾸로, 우라늄 235 를 1 킬로그램 온전히 쪼개면 약 팔천만 메가줄이 나오고, 물질 1 킬로그램을 통째로 에너지로 바꾸면 구백억이 됩니다. 이 단위는 접두어를 몇 번만 바꾸어 그 온 범위를 덮습니다.

1 메가줄은 100 만 줄, 약 0.278 킬로와트시, 약 239 킬로칼로리와 같습니다.