| Joule (J) | Elektronvolt (eV) |
|---|---|
| 1 Joule | 6.24150907446 × 1018 eV |
| 2 Joule | 1.24830181489 × 1019 eV |
| 3 Joule | 1.87245272234 × 1019 eV |
| 4 Joule | 2.49660362978 × 1019 eV |
| 5 Joule | 3.12075453723 × 1019 eV |
| 10 Joule | 6.24150907446 × 1019 eV |
| 20 Joule | 1.24830181489 × 1020 eV |
| 25 Joule | 1.56037726862 × 1020 eV |
| 50 Joule | 3.12075453723 × 1020 eV |
| 100 Joule | 6.24150907446 × 1020 eV |
| Referens | Joule (J) | Elektronvolt (eV) |
|---|---|---|
| One food calorie (kcal) | 4184 J | 2.61145 × 1022 eV |
| An AA alkaline battery | 10000 J | 6.24151 × 1022 eV |
| Daily adult food intake | 8368000 J | 5.22289 × 1025 eV |
| One unit on an electricity bill | 3600000 J | 2.24694 × 1025 eV |
| A lightning strike | 1 × 109 J | 6.24151 × 1027 eV |
Joulen är SI-enheten för energi, arbete och värme. Beteckningen är J. En joule är det arbete som uträttas när en kraft på en newton flyttar sin angreppspunkt en meter, och lika mycket den energi som avges när en watts effekt flödar under en sekund.
Den likheten är skälet till att enheten finns. Före artonhundratalet betraktades värme och mekaniskt arbete som skilda ting mätta i skilda enheter, värme i kalorier och arbete i fotpund. James Prescott Joule ägnade år åt att visa att en bestämd mängd mekaniskt arbete alltid ger samma mängd värme, mest känt genom att röra vatten med ett skovelhjul drivet av fallande vikter och mäta temperaturhöjningen. Att fastställa den växelkursen, värmets mekaniska ekvivalent, förenade mekaniken och termodynamiken till ett enda ämne.
Eftersom den definieras genom basenheterna binder joulen samman allt. Den är en newtonmeter, en wattsekund, en coulombvolt och ett kilogram meter i kvadrat per sekund i kvadrat, och var och en av dessa former förekommer i bruk beroende på vilken gren av fysiken som talar. Elektrisk, mekanisk, termisk och kemisk energi räknas alla i samma enhet, vilket är det som över huvud taget gör energibokföring över ett helt system möjlig.
Skalan är på ett användbart sätt i mänsklig storlek. Att lyfta ett äpple en meter kostar ungefär en joule. Ett hjärtslag förbrukar ungefär en joule. Att tappa en lärobok från ett skrivbord frigör ett tiotal. Under det blir joulen otymplig och de prefixförsedda enheterna tar över; över det gör kilojoulen och megajoulen detsamma.
Livsmedels energi mäts egentligen i joule, och märkningen i Australien, Nya Zeeland och Europeiska unionen anger kilojoule vid sidan av eller i stället för kalorier. Kalorin lever kvar i allmänt bruk mest av vana, och omräkningen, en kalori lika med 4,184 joule, är fastlagd genom definition och inte uppmätt.
Näringslära, ballistik, batterikapacitet, lasereffekt, sprängverkan och den energi ett jordskalv frigör anges alla i joule eller dess multiplar, vilket gör det möjligt att jämföra storheter från helt olika områden direkt.
En joule motsvarar en newtonmeter, en wattsekund, ungefär 0,239 kalorier eller cirka 0,000278 wattimmar.
Elektronvolten är en energienhet som motsvarar det arbete som uträttas på en enda elektron då den passerar en potentialskillnad på en volt. Beteckningen är eV. Sedan SI-omdefinieringen 2019 har den ett exakt värde, 1,602176634 gånger tio upphöjt till minus nitton joule, eftersom elementarladdningen numera är en definierad konstant.
Den finns därför att joulen är hopplöst stor för atomernas värld. En enda synlig foton bär mellan ungefär 1,6 och 3,3 elektronvolt, och att uttrycka det i joule kräver nitton inledande nollor. Att räkna i elektronvolt låter en fysiker ange energin hos en kemisk bindning, en atomär övergång eller en subatomär kollision som ett tal mellan ett och några få, vilket är vad en enhet ska göra.
Skalan ordnar hela discipliner. Kemin bor vid några elektronvolt, energin hos bindningar och hos de synliga och ultravioletta fotoner som bryter dem. Röntgenstrålning upptar kiloelektronvolt. Kärnfysiken arbetar i megaelektronvolt, bindningsenergiernas och det radioaktiva sönderfallets skala. Partikelfysiken använder gigaelektronvolt, där protonens vilomassa är 0,938, och teraelektronvolt vid den stora hadronkollideraren, vars protoner bär 6,8 var.
Massa anges i samma enhet via massa-energisambandet. En partikels vilomassa ges i elektronvolt dividerat med ljushastigheten i kvadrat, och fysiker utelämnar rutinmässigt nämnaren och säger helt enkelt att elektronen är 511 kiloelektronvolt. Higgsbosonen är 125 gigaelektronvolt enligt samma konvention.
Halvledartekniken hänger på den. Det bandgap som avgör hur ett material beter sig elektriskt och optiskt är en energi i elektronvolt: omkring 1,1 för kisel, 3,4 för galliumnitrid, och detta enda tal avgör om en komponent blir en solcell, en transistor eller en blå lysdiod.
Astronomin ärver konventionen för högenergetiska fotoner, så gammateleskop rapporterar sina observationer i gigaelektronvolt och teraelektronvolt i stället för i våglängder.
Partikelacceleratorer bär namn efter de energier de når, vilket är varför deras namn följer prefixen. Cockcroft och Waltons maskin, som först klöv en atomkärna 1932, arbetade vid några hundra kiloelektronvolt; Bevatronen på femtiotalet nådde miljarder och fann antiprotonen; och den stora hadronkollideraren för protoner till 6,8 teraelektronvolt vardera. Den kosmiska strålningen sätter allt detta i perspektiv genom att anlända med energier upp till 10 upphöjt till tjugo elektronvolt, tiotals miljoner gånger mer än någon maskin kan alstra, om än bara en handfull sådana partiklar träffar Jorden på ett sekel per kvadratkilometer.
En elektronvolt motsvarar ungefär 1,602 gånger tio upphöjt till minus nitton joule, eller ungefär 3,83 gånger tio upphöjt till minus tjugo kalorier.