전자볼트에서 마이크로줄(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.

마이크로줄(µJ)에 대하여

마이크로줄은 1 줄의 100 만분의 1, 곧 0.000001 줄에 해당하는 에너지 단위입니다. 기호는 µJ 입니다. 작은 생물의 눈금이고, 짧은 레이저 펄스의 눈금이며, 감지기가 깨어날 때 쓰는 전기의 눈금입니다. 도구 없이도 사람이 알아챌 수 있는 일을 아직 설명해 주는, 가장 작은 에너지 단위이기도 합니다.

여기가 곤충이 사는 자리입니다. 0.5 밀리그램짜리 벼룩이 20 센티미터를 뛰는 데 드는 것은 약 1 마이크로줄이고, 수평으로 나는 모기가 지니는 것은 그 4 분의 1 남짓입니다. 1 그램을 0.1 밀리미터 들어 올리는 일도 같습니다. 이런 양이 있어야 이 단위가 몸에 와닿습니다. 원리상 보이지 않는 것이 아니라, 초당 수백만 번 되풀이되지 않는 한 대수롭지 않을 만큼 작을 뿐입니다.

점화에 관한 안전은 이 범위에서 적히고, 그 수치가 장비를 어떻게 만들 수 있는지를 정합니다. 수소와 공기의 혼합기에 불을 붙이는 최소 에너지는 약 17 마이크로줄이며, 대다수 탄화수소 증기는 수백 마이크로줄입니다. 정유소와 곡물 창고와 광산에 쓰이는 본질 안전 기기는 어떤 고장에도 혼합기가 요구하는 양을 넘겨 내놓지 못한다는 것을 보여 인증받습니다. 위험 장소로 갈 회로를 볼트가 아니라 마이크로줄로 살피는 까닭이 여기 있습니다.

펄스 빛을 쓰는 기기는 거의 예외 없이 마이크로줄로 규격이 적힙니다. 차량용 라이다는 몇 마이크로줄짜리 펄스를 초당 수천 번 쏘고, 레이저 각인 장치는 수십에서 수백을 쓰며, 미세 가공용 펨토초 증폭기는 이 범위의 위쪽 끝에 놓입니다. 빔이 무엇을 자르고 무엇을 찍고 어디까지 안전하게 비출 수 있는지를 정하는 것은 펄스 하나의 에너지이며, 평균 출력만으로는 그 물음에 답할 수 없습니다.

저전력 전자회로도 같은 말로 예산을 짭니다. 무선 인식용 수동 꼬리표는 판독기의 전자기장에서 몇 마이크로줄을 거두어 그 안에서 주고받기를 모두 끝내야 합니다. 근거리 무선 알림 한 번은 수십 마이크로줄, 수정 시계의 기계 장치는 초당 약 1 마이크로줄, 깨어나 재고 다시 잠드는 온도 감지기는 10 마이크로줄 아래로도 마칩니다. 그런 기기의 전지 수명은 마이크로줄로 하는 산수입니다.

그 위로는 밀리줄이 이어받고 효과는 기계적이 됩니다. 손에 느껴지는 불꽃, 귀에 들리는 소리, 떨어지는 작은 물건입니다. 그 아래로는 나노줄이 이어받고 효과는 광학적이고 전자적인 것이 됩니다. 마이크로줄은 그 사이의 좁은 띠를 차지하며, 달리 아무것도 나누지 않는 여러 분야가 같은 접두어에서 만나는 까닭이 그것입니다.

1 마이크로줄은 0.000001 줄, 약 6.24 × 10¹² 전자볼트, 약 2.78 × 10⁻¹⁰ 와트시와 같습니다.