Conversão de Eletrão-volts para Milijoules

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 Milijoule (mJ)

O milijoule é uma unidade de energia igual a um milésimo de joule, ou seja, 0,001 joules. O seu símbolo é mJ. É a primeira unidade, a descer a partir do joule, em que o corpo humano deixa de sentir o que acontece, e por isso aparece onde quer que uma pequena quantidade de energia tenha de ser libertada de propósito e com precisão.

A mecânica corrente alcança-a sem esforço. Um clipe de um grama, largado de um metro, chega com cerca de dez milijoules. Carregar numa tecla exige dois ou três, virar uma página bastante menos, e a faísca que salta de um puxador num dia seco leva entre um e dez. Este último valor situa-se mais ou menos no limiar da sensação, o que faz do milijoule a menor energia que uma pessoa nota habitualmente sem que lho digam.

A proteção contra explosões escreve-se aqui. A energia mínima de ignição do metano no ar ronda os 0,28 milijoules e a do propano os 0,25, ao passo que as nuvens de farinha, açúcar ou pó metálico exigem dezenas de milijoules. As normas para zonas perigosas fixam a energia armazenada admissível de um circuito face a esses valores, de modo que todo o edifício da segurança intrínseca assenta em grandezas desta ordem e não no que um voltímetro mostra.

Os lasers médicos e industriais classificam-se em milijoules por impulso. Um laser de comutação de Q usado para apagar tatuagens ou para litotrícia entrega algumas centenas de milijoules em poucos nanossegundos, e essa brevidade extrema é o que converte uma energia modesta numa potência de pico de megawatts. A capsulotomia oftálmica usa alguns milijoules, e os aparelhos de dermatologia doseiam-se na mesma unidade porque o que determina o efeito no tecido é a dose por impulso e não a sessão.

As pequenas grandezas elétricas e acústicas caem também aqui. Um ponteiro laser de um milliwatt emite um milijoule por segundo. Uma pessoa a falar alto irradia cerca de um milijoule de som por segundo, e o sinalizador de um detetor de fumo vários. Um condensador de um microfarad carregado a cinquenta volts guarda 1,25 milijoules, que é o tipo de valor impresso em circuitos de flash, módulos de ignição e obturadores de máquina fotográfica.

Acima toma o lugar o joule e os efeitos tornam-se claramente mecânicos; abaixo toma o lugar o microjoule e os efeitos tornam-se invisíveis. Isso faz do milijoule a fronteira prática da perceção, e explica por que os limites de segurança, os limiares de sensibilidade e as especificações de dose param tantas vezes em três casas decimais em vez de descerem mais.

Um milijoule equivale a 0,001 joules, a cerca de 0,000239 calorias ou a cerca de 0,000000278 watt-horas.