Omvandling från Elektronvolt till Kilojoule

Information om Elektronvolt (eV)

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.

Information om Kilojoule (kJ)

Kilojoulen är en energienhet som motsvarar 1000 joule. Beteckningen är kJ. Den är näringsdeklarationens arbetsenhet i större delen av världen utanför Nordamerika, och den naturliga skalan för kemiska reaktioner, mekaniska stötar och små mängder lagrad energi.

Livsmedelsmärkningen är där de flesta möter den. Europeiska unionens regler kräver att energin anges i kilojoule med kilokalorier bredvid, och Australien och Nya Zeeland använder enbart kilojoule. En brödskiva innehåller ungefär 300 kilojoule, en banan omkring 400, och dagsbehoven ligger mellan omkring 8000 och 10 500. Talen överstiger motsvarigheterna i kilokalorier med faktorn 4,184, och därför förväxlas de två skalorna sällan när de ses bredvid varandra.

Kemin har tagit den till sig helt. Reaktionsentalpier, bindningsdissociationsenergier, gitterenergier och aktiveringsbarriärer tabuleras i kilojoule per mol, och talen hamnar bekvämt: att bryta en vanlig enkel kovalent bindning kostar mellan 150 och 500 kilojoule per mol, och förbränning av metan frigör 890.

Mekaniska stötar ligger på samma skala. En bil i 50 kilometer i timmen bär omkring 150 kilojoule rörelseenergi per ton, en gevärskula några få, och en boxares slag ungefär en. Standarder för skyddsutrustning anger i kilojoule den energi en hjälm eller ett räcke måste ta upp, och det är det som gör klassningarna jämförbara mellan konstruktioner.

Enheten beskriver också lagrad energi i apparater som är för små för kilowattimmar. Kondensatorn i en kamerablixt rymmer några kilojoule, en defibrillatorurladdning ligger kring 0,2, och ett arbetsslag hos ett tryckluftsverktyg förbrukar en handfull. Fysiologin använder den för rörelsens energikostnad, där en trappa upp kostar en människa omkring 20 kilojoule.

Dess främsta konkurrent i allmänt bruk är kilokalorin, som lever kvar i USA och i talspråket nästan överallt. Där båda förekommer är kilojoulen den som ansluter till resten av fysiken utan omräkningsfaktor.

Materialprovningen brukar enheten på ett eget sätt. Charpyprovet låter en tyngdbelastad pendel falla mot en anvisad stav och anger den energi som gick åt att bryta den, för stål vid rumsvärme oftast några tiotal joule, men skarpt fallande när temperaturen sjunker. Att rita den energin mot temperaturen visar övergången från seg till spröd, den punkt där en metall upphör att böja sig och börjar splittras. Utredningen av de Libertyfartyg som bröts itu i det kalla Atlanten under andra världskriget vilade just på denna mätning, och nutida stålkrav anger fortfarande en minsta upptagen energi vid en angiven temperatur.

En kilojoule motsvarar 1000 joule, ungefär 239 kalorier eller cirka 0,278 wattimmar.