| Elektronvolt (eV) | Joule (J) |
|---|---|
| 1 Elektronvolt | 1.602176634 × 10-19 J |
| 2 Elektronvolt | 3.204353268 × 10-19 J |
| 3 Elektronvolt | 4.806529902 × 10-19 J |
| 4 Elektronvolt | 6.408706536 × 10-19 J |
| 5 Elektronvolt | 8.01088317 × 10-19 J |
| 10 Elektronvolt | 1.602176634 × 10-18 J |
| 20 Elektronvolt | 3.204353268 × 10-18 J |
| 25 Elektronvolt | 4.005441585 × 10-18 J |
| 50 Elektronvolt | 8.01088317 × 10-18 J |
| 100 Elektronvolt | 1.602176634 × 10-17 J |
| Referentie | Elektronvolt (eV) | Joule (J) |
|---|---|---|
| One food calorie (kcal) | 2.61145 × 1022 eV | 4184 J |
| An AA alkaline battery | 6.24151 × 1022 eV | 10000 J |
| Daily adult food intake | 5.22289 × 1025 eV | 8368000 J |
| One unit on an electricity bill | 2.24694 × 1025 eV | 3600000 J |
| A lightning strike | 6.24151 × 1027 eV | 1 × 109 J |
De elektronvolt is een energie-eenheid gelijk aan de arbeid die wordt verricht op één enkel elektron dat een potentiaalverschil van één volt doorloopt. Het symbool is eV. Sinds de SI-herdefinitie van 2019 heeft zij een exacte waarde, 1,602176634 maal tien tot de macht min negentien joule, omdat de elementaire lading nu een gedefinieerde constante is.
Zij bestaat omdat de joule hopeloos groot is voor de wereld van de atomen. Eén zichtbaar foton draagt tussen ongeveer 1,6 en 3,3 elektronvolt, en dat in joule uitdrukken vraagt negentien voorloopnullen. In elektronvolt werken laat een natuurkundige de energie van een chemische binding, een atomaire overgang of een subatomaire botsing uitdrukken als een getal tussen één en enkele, en dat is wat een eenheid hoort te doen.
De schaal ordent hele vakgebieden. De scheikunde woont bij enkele elektronvolt, de energie van bindingen en van de zichtbare en ultraviolette fotonen die ze verbreken. Röntgenstraling beslaat kilo-elektronvolt. De kernfysica werkt in mega-elektronvolt, de schaal van bindingsenergieën en radioactief verval. De deeltjesfysica gebruikt giga-elektronvolt, waar de rustmassa van het proton 0,938 is, en tera-elektronvolt bij de grote hadronenversneller, waarvan de protonen er elk 6,8 dragen.
Massa wordt via het massa-energieverband in dezelfde eenheid opgegeven. De rustmassa van een deeltje wordt gegeven in elektronvolt gedeeld door de lichtsnelheid in het kwadraat, en natuurkundigen laten de deler routinematig weg en zeggen eenvoudig dat het elektron 511 kilo-elektronvolt is. Het higgsdeeltje is volgens dezelfde afspraak 125 giga-elektronvolt.
De halfgeleidertechniek hangt ervan af. De bandkloof die bepaalt hoe een materiaal zich elektrisch en optisch gedraagt is een energie in elektronvolt: ongeveer 1,1 voor silicium, 3,4 voor galliumnitride, en dat ene getal beslist of een component een zonnecel, een transistor of een blauwe lichtgevende diode wordt.
De sterrenkunde erft de afspraak voor fotonen met hoge energie, zodat gammatelescopen hun waarnemingen in giga-elektronvolt en tera-elektronvolt melden in plaats van in golflengten.
Deeltjesversnellers dragen de naam van de energieën die zij halen, waarom hun namen de voorvoegsels volgen. De machine van Cockcroft en Walton, die in 1932 als eerste een atoomkern spleet, werkte bij enkele honderden kilo-elektronvolt; het Bevatron van de jaren vijftig haalde miljarden en vond het antiproton; en de Grote Hadronenbotser brengt protonen op 6,8 tera-elektronvolt elk. De kosmische straling zet dit alles in verhouding door aan te komen met energieën tot 10 tot de macht twintig elektronvolt, tientallen miljoenen malen meer dan enige machine kan opwekken, al treft slechts een handvol van zulke deeltjes de Aarde in een eeuw per vierkante kilometer.
Eén elektronvolt is gelijk aan ongeveer 1,602 maal tien tot de macht min negentien joule, of ruwweg 3,83 maal tien tot de macht min twintig calorieën.
De joule is de SI-eenheid van energie, arbeid en warmte. Het symbool is J. Eén joule is de arbeid die wordt verricht wanneer een kracht van één newton haar aangrijpingspunt één meter verplaatst, en evenzeer de energie die wordt afgegeven wanneer één watt vermogen gedurende één seconde stroomt.
Die gelijkwaardigheid is de reden dat de eenheid bestaat. Vóór de negentiende eeuw golden warmte en mechanische arbeid als verschillende dingen, gemeten in verschillende eenheden, warmte in calorieën en arbeid in voetponden. James Prescott Joule besteedde jaren aan het aantonen dat een vaste hoeveelheid mechanische arbeid altijd dezelfde hoeveelheid warmte oplevert, het bekendst door water te roeren met een schoepenrad aangedreven door vallende gewichten en de temperatuurstijging te meten. Het vastleggen van die wisselkoers, het mechanisch warmte-equivalent, voegde mechanica en thermodynamica samen tot één vak.
Omdat zij via de basiseenheden is gedefinieerd, verbindt de joule alles. Zij is een newtonmeter, een wattseconde, een coulombvolt en een kilogram meter kwadraat per seconde kwadraat, en elk van die vormen komt in gebruik voor naargelang welke tak van de natuurkunde spreekt. Elektrische, mechanische, thermische en chemische energie worden alle in dezelfde eenheid geteld, en dat is wat energieboekhouding over een heel systeem überhaupt mogelijk maakt.
De schaal is op nuttige wijze mensgroot. Een appel één meter optillen kost ongeveer één joule. Een hartslag verbruikt ruwweg één joule. Een studieboek van een bureau laten vallen maakt er zo'n tien vrij. Daaronder wordt de joule onhandig en nemen de eenheden met voorvoegsel het over; daarboven doen de kilojoule en de megajoule hetzelfde.
De energie van voedsel wordt eigenlijk in joule gemeten, en etiketten in Australië, Nieuw-Zeeland en de Europese Unie geven kilojoules naast of in plaats van calorieën. De calorie leeft in het algemeen gebruik vooral uit gewoonte voort, en de omrekening, één calorie gelijk aan 4,184 joule, ligt bij definitie vast en is niet gemeten.
Voeding, ballistiek, accucapaciteit, laservermogen, springkracht en de energie die een aardbeving vrijmaakt worden alle in joule of veelvouden daarvan opgegeven, wat het mogelijk maakt grootheden uit volstrekt verschillende gebieden rechtstreeks te vergelijken.
Eén joule is gelijk aan één newtonmeter, één wattseconde, ongeveer 0,239 calorieën of ongeveer 0,000278 wattuur.