Conversão de Eletrão-volts para Microjoules

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 Microjoule (µJ)

O microjoule é uma unidade de energia igual a um milionésimo de joule, ou seja, 0,000001 joules. O seu símbolo é µJ. É a escala dos pequenos seres vivos, dos impulsos laser breves e da eletricidade que um sensor gasta ao acordar, e é a menor unidade de energia que ainda descreve acontecimentos que uma pessoa pode notar sem instrumentos.

É aqui que vivem os insetos. Uma pulga de meio miligrama que salta vinte centímetros gasta cerca de um microjoule, e um mosquito em voo horizontal transporta perto de um quarto. Levantar um grama um décimo de milímetro custa o mesmo. São estas quantidades que tornam a unidade intuitiva: não invisíveis em princípio, apenas pequenas de mais para contarem, a não ser que algo as repita milhões de vezes por segundo.

A segurança contra a ignição escreve-se neste intervalo, e os números decidem como um equipamento pode ser construído. A energia mínima que inflama uma mistura de hidrogénio e ar ronda os 17 microjoules; para a maioria dos vapores de hidrocarbonetos são algumas centenas. Os aparelhos de segurança intrínseca para refinarias, silos e minas certificam-se demonstrando que nenhuma avaria pode libertar mais do que a mistura exige, e é por isso que os circuitos destinados a zonas perigosas são auditados em microjoules e não em volts.

Os instrumentos de luz pulsada especificam-se em microjoules quase sem exceção. Um lidar de veículo dispara impulsos de alguns microjoules muitos milhares de vezes por segundo, os sistemas de marcação laser usam dezenas ou centenas, e os amplificadores de femtossegundo destinados à micromaquinagem ocupam o topo do intervalo. A energia por impulso fixa o que o feixe pode cortar, obter em imagem ou iluminar sem risco, e a potência média por si só não responde a essa pergunta.

A eletrónica de baixo consumo faz as contas nos mesmos termos. Uma etiqueta passiva de identificação por radiofrequência colhe alguns microjoules do campo do leitor e tem de completar toda a troca dentro disso. Um anúncio de rádio de curto alcance custa dezenas de microjoules, o movimento de um relógio de quartzo cerca de um por segundo, e um sensor de temperatura que acorda, mede e volta a dormir pode gastar menos de dez. A autonomia destes aparelhos é aritmética feita em microjoules.

Acima toma o lugar o milijoule e os efeitos tornam-se mecânicos: uma faísca que se sente, um estalido que se ouve, um objeto pequeno que cai. Abaixo toma o lugar o nanojoule e os efeitos tornam-se óticos e eletrónicos. O microjoule ocupa a faixa estreita do meio, e é por isso que tantas disciplinas que de resto nada partilham convergem no mesmo prefixo.

Um microjoule equivale a 0,000001 joules, a cerca de 6,24 × 10¹² eletrão-volts ou a cerca de 2,78 × 10⁻¹⁰ watt-horas.