Omrekenen van Elektronvolt naar Microjoule

Informatie over de Elektronvolt (eV)

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.

Informatie over de Microjoule (µJ)

De microjoule is een energie-eenheid gelijk aan een miljoenste joule, dus 0,000001 joule. Het symbool is µJ. Zij is de schaal van kleine levende wezens, van korte laserpulsen en van de stroom die een sensor kwijt is aan wakker worden, en zij is de kleinste energie-eenheid die nog gebeurtenissen beschrijft die een mens zonder hulpmiddelen kan opmerken.

Hier wonen de insecten. Een vlo van een halve milligram die twintig centimeter springt, besteedt ongeveer één microjoule, en een mug in horizontale vlucht draagt er ruim een kwart van. Een gram een tiende millimeter optillen kost hetzelfde. Zulke grootheden maken de eenheid voelbaar: in beginsel niet onzichtbaar, alleen te klein om mee te tellen tenzij iets ze miljoenen keren per seconde herhaalt.

De ontstekingsveiligheid wordt in dit bereik geschreven, en de getallen bepalen hoe apparatuur gebouwd mag worden. De kleinste energie die een mengsel van waterstof en lucht ontsteekt, ligt rond 17 microjoule; voor de meeste koolwaterstofdampen gaat het om enkele honderden. Intrinsiek veilige toestellen voor raffinaderijen, graansilo's en mijnen worden gekeurd door aan te tonen dat geen enkel defect meer kan vrijgeven dan het mengsel vraagt, en daarom worden schakelingen voor gevarenzones in microjoule en niet in volt beoordeeld.

Instrumenten met gepulst licht worden vrijwel altijd in microjoule gespecificeerd. Een lidar voor voertuigen vuurt pulsen van enkele microjoule vele duizenden keren per seconde, lasermarkeersystemen gebruiken tientallen tot honderden, en femtoseconde versterkers voor microbewerking liggen aan de bovenkant van het bereik. De energie per puls bepaalt wat de bundel kan snijden, afbeelden of veilig belichten, en het gemiddelde vermogen alleen beantwoordt die vraag niet.

De elektronica met laag verbruik begroot in dezelfde termen. Een passief radiolabel oogst enkele microjoule uit het veld van de lezer en moet zijn hele uitwisseling daarbinnen afronden. Een radiomelding over korte afstand kost tientallen microjoule, het uurwerk van een kwartshorloge ongeveer één per seconde, en een temperatuursensor die wakker wordt, meet en weer inslaapt, komt soms met minder dan tien toe. De accuduur van zulke apparaten is rekenwerk in microjoule.

Erboven neemt de millijoule het over en worden de gevolgen mechanisch: een vonk die je voelt, een klik die je hoort, een klein voorwerp dat valt. Eronder neemt de nanojoule het over en worden de gevolgen optisch en elektronisch. De microjoule bezet de smalle band daartussen, en juist daarom komen zoveel vakgebieden die verder niets delen bij hetzelfde voorvoegsel uit.

Eén microjoule is gelijk aan 0,000001 joule, ongeveer 6,24 × 10¹² elektronvolt of ongeveer 2,78 × 10⁻¹⁰ wattuur.