Omrekenen van Millijoule naar Elektronvolt

Informatie over de Millijoule (mJ)

De millijoule is een energie-eenheid gelijk aan een duizendste joule, dus 0,001 joule. Het symbool is mJ. Zij is de eerste eenheid op de weg omlaag vanaf de joule waar het menselijk lichaam ophoudt te voelen wat er gebeurt, en daarom duikt zij overal op waar een kleine hoeveelheid energie met opzet en nauwkeurig moet worden vrijgemaakt.

De alledaagse mechanica haalt haar moeiteloos. Een paperclip van een gram, van een meter losgelaten, komt aan met ongeveer tien millijoule. Een toets indrukken vergt er een paar, een bladzijde omslaan aanzienlijk minder, en de vonk die op een droge dag van een deurklink springt, draagt er tussen één en tien. Dat laatste getal ligt ruwweg op de gevoelsdrempel, waarmee de millijoule de kleinste energie is die een mens gewoonlijk opmerkt zonder dat iemand het zegt.

De explosiebeveiliging is hier geschreven. De kleinste ontstekingsenergie van methaan in lucht ligt rond 0,28 millijoule en die van propaan rond 0,25, terwijl wolken van meel, suiker of metaalstof tientallen millijoule vragen. Normen voor gevarenzones leggen de toegestane opgeslagen energie van een schakeling tegen die getallen vast, zodat het hele bouwwerk van de intrinsieke veiligheid rust op grootheden van deze orde en niet op wat een spanningsmeter aanwijst.

Medische en industriële lasers worden in millijoule per puls beoordeeld. Een Q-geschakelde laser voor het verwijderen van tatoeages of voor steenvergruizing levert enkele honderden millijoule in enkele nanoseconden, en juist die uiterste kortheid maakt van een bescheiden energie een piekvermogen van megawatt. Capsulotomie in het oog gebruikt enkele millijoule, en huidapparatuur wordt in dezelfde eenheid gedoseerd, omdat wat het weefsel doet reageren de dosis per puls is en niet de behandeling als geheel.

Kleine elektrische en akoestische grootheden komen hier eveneens terecht. Een laserpen van een milliwatt zendt elke seconde één millijoule uit. Wie luid spreekt, straalt per seconde ongeveer één millijoule geluid uit, en de zoemer van een rookmelder meerdere. Een condensator van een microfarad geladen tot vijftig volt slaat 1,25 millijoule op, en dat is het soort getal dat op flitsschakelingen, ontstekingsmodules en camerasluiters staat gedrukt.

Erboven neemt de joule het over en worden de gevolgen onmiskenbaar mechanisch; eronder neemt de microjoule het over en worden de gevolgen onzichtbaar. Daarmee is de millijoule de praktische grens van de waarneming, en dat verklaart waarom veiligheidsgrenzen, gevoeligheidsdrempels en dosisvoorschriften zo vaak bij drie decimalen ophouden in plaats van verder omlaag te gaan.

Eén millijoule is gelijk aan 0,001 joule, ongeveer 0,000239 calorieën of ongeveer 0,000000278 wattuur.

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.