Conversão de Eletrão-volts para Megajoules

Informações sobre o Eletrão-volt (eV)

O eletrão-volt é uma unidade de energia igual ao trabalho realizado sobre um único eletrão que atravessa uma diferença de potencial de um volt. O seu símbolo é eV. Desde a redefinição do SI de 2019 tem um valor exato, 1,602176634 vezes dez elevado a menos dezanove joules, porque a carga elementar é agora uma constante definida.

Existe porque o joule é desesperadamente grande para o mundo atómico. Um único fotão visível transporta entre cerca de 1,6 e 3,3 eletrão-volts, e exprimi-lo em joules exige dezanove zeros iniciais. Trabalhar em eletrão-volts permite a um físico enunciar a energia de uma ligação química, de uma transição atómica ou de uma colisão subatómica como um número entre um e uns poucos, que é o que uma unidade deve fazer.

A escala organiza disciplinas inteiras. A química vive a alguns eletrão-volts, a energia das ligações e dos fotões visíveis e ultravioleta que as quebram. Os raios X ocupam os quilo-eletrão-volts. A física nuclear trabalha em mega-eletrão-volts, a escala das energias de ligação e do decaimento radioativo. A física de partículas usa giga-eletrão-volts, onde a massa em repouso do protão é 0,938, e tera-eletrão-volts no Grande Colisionador de Hadrões, cujos protões levam 6,8 cada um.

A massa indica-se na mesma unidade através da relação massa-energia. A massa em repouso de uma partícula dá-se em eletrão-volts divididos pelo quadrado da velocidade da luz, e os físicos costumam suprimir o divisor e dizer simplesmente que o eletrão são 511 quilo-eletrão-volts. O bosão de Higgs são 125 giga-eletrão-volts pela mesma convenção.

A engenharia de semicondutores depende dela. O hiato de banda que determina o comportamento elétrico e ótico de um material é uma energia em eletrão-volts: cerca de 1,1 para o silício, 3,4 para o nitreto de gálio, e esse único número decide se um dispositivo é uma célula solar, um transístor ou um díodo emissor de luz azul.

A astronomia herda a convenção para os fotões de alta energia, pelo que os telescópios de raios gama comunicam observações em giga-eletrão-volts e tera-eletrão-volts em vez de comprimentos de onda.

Os aceleradores de partículas recebem o nome das energias que alcançam, e por isso os seus nomes seguem os prefixos. A máquina de Cockcroft e Walton que dividiu um núcleo pela primeira vez em 1932 trabalhava a algumas centenas de quiloeletrão-volts; o Bevatrão dos anos cinquenta chegou aos milhares de milhões e achou o antiprotão; e o Grande Colisor de Hadrões leva os protões a 6,8 teraeletrão-volts cada um. Os raios cósmicos põem tudo isto em perspetiva ao chegarem com energias até 10 elevado a vinte eletrão-volts, dezenas de milhões de vezes mais do que qualquer máquina pode produzir, embora apenas um punhado de tais partículas atinja a Terra num século por quilómetro quadrado.

Um eletrão-volt equivale a cerca de 1,602 vezes dez elevado a menos dezanove joules, ou aproximadamente 3,83 vezes dez elevado a menos vinte calorias.

Informações sobre o Megajoule (MJ)

O megajoule é uma unidade de energia igual a um milhão de joules. O seu símbolo é MJ. É a escala em que a energia deixa de ser uma grandeza de laboratório e passa a ser algo com consequências físicas visíveis.

Um veículo em movimento é a âncora mais fácil. Um automóvel familiar de 1500 quilogramas a 100 quilómetros por hora leva cerca de 0,58 megajoules de energia cinética, e tudo isso tem de ir para algum lado numa colisão. As estruturas de absorção são concebidas precisamente em torno deste valor, e é por isso que as normas de segurança automóvel inscrevem a energia do impacto e não a velocidade.

Os explosivos também se classificam aqui. Um cartucho de dinamite liberta aproximadamente um megajoule, e um quilograma de TNT cerca de 4,2. Como o equivalente de TNT é definido e não medido, o megajoule faz a ponte entre os explosivos químicos e outras libertações de energia, permitindo descrever o impacto de um meteorito ou um acidente industrial na mesma escala de uma carga de demolição.

A ingestão diária de energia de uma pessoa ronda os dez megajoules, o mesmo valor que 2400 quilocalorias visto do outro lado. O trabalho físico é comparável: um dia de trabalho manual acima do metabolismo em repouso custa alguns megajoules, e uma etapa longa de ciclismo talvez quinze.

As densidades energéticas dos combustíveis situam-se nesta escala por unidade de massa. A gasolina tem cerca de 46 megajoules por quilograma, a madeira uns 16, e uma bateria moderna de lítio cerca de 0,9. Esta última comparação, um fator de cinquenta, é o único número que explica por que razão as aeronaves elétricas continuam difíceis enquanto os automóveis elétricos não são.

Os sistemas industriais e militares usam a unidade para a energia armazenada e entregue. O desempenho dos canhões de carris e dos lançadores eletromagnéticos indica-se em megajoules à boca, o armazenamento em volantes de inércia em megajoules, e do mesmo modo a energia entregue por um grande banco de condensadores numa experiência de fusão.

Comparar tecnologias de armazenamento nesta unidade é instrutivo porque as diferenças são enormes. Um quilograma de gasolina guarda cerca de 46 megajoules, um quilograma de madeira seca cerca de 16, e um quilograma de bateria de iões de lítio apenas cerca de 0,9, umas cinquenta vezes menos do que o combustível. Só essa proporção explica a maior parte da dificuldade técnica da aviação elétrica e boa parte do peso de um automóvel elétrico. No sentido contrário, um quilograma de urânio 235 totalmente cindido liberta cerca de 80 milhões de megajoules, e um quilograma de matéria convertido inteiramente em energia daria 90 mil milhões. A unidade abrange todo esse intervalo mudando de prefixo apenas umas poucas vezes.

Um megajoule equivale a um milhão de joules, a cerca de 0,278 quilowatt-horas ou a cerca de 239 quilocalorias.