Conversão de Quilojoules para Eletrão-volts

Informações sobre o Quilojoule (kJ)

O quilojoule é uma unidade de energia igual a 1000 joules. O seu símbolo é kJ. É a unidade de trabalho da rotulagem nutricional na maior parte do mundo fora da América do Norte, e a escala natural das reações químicas, dos impactos mecânicos e das pequenas quantidades de energia armazenada.

A rotulagem alimentar é onde a maioria das pessoas o encontra. A regulamentação da União Europeia exige declarar a energia em quilojoules com as quilocalorias ao lado, e a Austrália e a Nova Zelândia usam apenas quilojoules. Uma fatia de pão tem cerca de 300 quilojoules, uma banana cerca de 400, e as necessidades diárias vão de uns 8000 a 10 500. Os valores excedem os equivalentes em quilocalorias por um fator de 4,184, razão pela qual as duas escalas raramente se confundem depois de vistas lado a lado.

A química adotou-o por inteiro. As entalpias de reação, as energias de dissociação de ligação, as energias reticulares e as barreiras de ativação tabelam-se em quilojoules por mole, e os números caem num intervalo cómodo: quebrar uma ligação covalente simples típica custa entre 150 e 500 quilojoules por mole, e a combustão do metano liberta 890.

Os impactos mecânicos ficam na mesma escala. Um automóvel a 50 quilómetros por hora leva cerca de 150 quilojoules de energia cinética por tonelada, uma bala de espingarda alguns, e o soco de um pugilista cerca de um. As normas de equipamento de proteção especificam em quilojoules a energia que um capacete ou uma barreira deve absorver, e é isso que torna as classificações comparáveis entre modelos.

A unidade descreve também a energia armazenada em aparelhos pequenos de mais para os quilowatt-horas. O condensador de um flash de máquina fotográfica guarda alguns quilojoules, uma descarga de desfibrilhador ronda os 0,2, e um ciclo de ferramenta pneumática consome um punhado. A fisiologia usa-a para o custo energético do movimento, em que subir um lanço de escadas custa a uma pessoa cerca de 20 quilojoules.

A sua principal concorrente no uso público é a quilocaloria, que persiste nos Estados Unidos e na fala corrente quase em toda a parte. Onde ambas surgem, o quilojoule é o que liga ao resto da física sem fator de conversão.

O ensaio de materiais usa a unidade de um modo próprio. O ensaio Charpy deixa cair um pêndulo com massa sobre uma barra entalhada e comunica a energia absorvida na rotura, em geral algumas dezenas de joules para o aço à temperatura ambiente, mas caindo abruptamente à medida que a temperatura desce. Traçar essa energia contra a temperatura revela a transição de dúctil a frágil, o ponto em que um metal deixa de dobrar e passa a estilhaçar. A investigação dos navios Liberty que se partiram ao meio no frio do Atlântico durante a Segunda Guerra Mundial assentou exatamente nesta medição, e as especificações modernas do aço continuam a indicar uma energia absorvida mínima a uma temperatura declarada.

Um quilojoule equivale a 1000 joules, a cerca de 239 calorias ou a cerca de 0,278 watt-horas.

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.