Elektronvolt

Vikipedi, özgür ansiklopedi
Atla: kullan, ara

Fizikte, elektronvolt (eV) değeri yaklaşık 1,6x0-19 olan enerjiye verilen addır. Tanım olarak Bir elektronun, boşlukta, bir voltluk elektrostatik potansiyel farkı katederek kazandığı kinetik enerji miktarıdır. Diğer bir deyişle, 1 volt çarpıelektronun yüküne eşittir. 1 volt (1joule/coulomb J/C) temel yük (e veya 1,602 176 565(35)x10-19 C) ile çarpıldığında buna eşit olmaktadır.

Elektronvoltun tasarlanma amacı elektrostatik parçacık hızlandırıcılarda bir ölçüm birimi olarak kullanılmasıdır. Hızlandırılan parçacık q yüküne sahiptir ve de enerjisi E=qV olarak bulunur.

Elektronvolt SI birimi değildir. Bu nedenle genelde SI birim sistemi önekleriyle(milli-, kilo-, mega-, giga-, tera-, peta-, exa-) kullanılır. (meV, keV, GeV, TeV, PeV gibi)

Ölçüm Birim Birimin SI Değeri
Enerji eV 1.602176565(35)×10−19 J
Kütle eV/c2 1.782662×10−36 kg
Momentum eV/c 5.344286×10−28 kg⋅m/s
Sıcaklık eV/kB 11.604.505(20) Şablon:Convert/ScientificValue/LoffAonSoffT
Zaman ħ/eV 6.582119×10−16 s
Uzaklık ħc/eV 1.97327×10−7 m

Kütle[değiştir | kaynağı değiştir]

Kütle - enerji eşitliğine göre elektronvolt ayrıca bir kütle birimidir. Fizikte genel parçacıkların kütlesi ve enerjisi sıklıkla birbirinin yerine kullanılır. Örneğin E=mc² Kütle eşitliğinde 1eV = 1,783x10-36 kg 'dır. Örneğin kütleleri 0,511MeV/c² olan bir elektron ve pozitron 1,022MeV enerjiyi yok edebilmektedirler. Proton 0,938GeV/c² kütleye sahiptir. Genel olarak bütün hadronlarık kütleleri 1GeV/c² civarındadır. Bu nedenle GeV parçacık fiziğinde kütle birimidir.

Momentum[değiştir | kaynağı değiştir]

Yüksek enerji fiziğinde elektronvolt momentum birimi olarak kullanılmaktadır.

1 voltluk potansiyel fark elektronun bu enerjiyi kazanmasına yol açmaktadır. Bu da bize eV 'u momentum birimi olarak kullanabilmemiz için gerekli izni vermektedir.

Momentum boyutlarında birim LT¯1M. Enerji boyutlarında birim L²T¯²M. Bu enerji birimlerini temel bir sabit ile böldüğümüzde (sabit LT¯1 birim hızına sahiptir) enerji birimlerini momentum olarak kullanabilmemiz için gerekli dönüşümün anlaşılmasını kolaylaştırır. Temel ışık hızı birimi "c" ile gösterilir. Enerjinin (eV) ışık hızına bölünmesi ise bize momentumu verir.

p = 1\; \text{GeV}/c = \frac{(1 \times 10^{9}) \cdot (1.60217646 \times 10^{-19} \; \text{C}) \cdot \text{V}}{(2.99792458 \times 10^{8}\; \text{m}/\text{s})} = 5.344286 \times 10^{-19}\; \text{kg}{\cdot}\text{m}/\text{s}.

Uzaklık[değiştir | kaynağı değiştir]

Parçacık fiziğnde doğal birimler sisteminde ışık hızının c kabul edildiği ve planck sabitinin indirgendiği " ħ " boyutsuz ve birimsel eşitlik kapsamında genel olarak: c= ħ=1 kullanılır.

Bu birimlerde mesafeler ve süreler ters enerji birimleriyle ifade edilir. Örneğin partikül saçma uzunlukları genellikle ters parçacık kütlelerinin birimlerinde ifade edilmiştir.

\hbar = {{h}\over{2\pi}} = 1.054\ 571\ 726(47)\times 10^{-34}\ \mbox{J s} = 6.582\ 119\ 28(15)\times 10^{-16}\ \mbox{eV s}.

Yukarıdaki eşitlik ayrıca kararsız bir parçacığın ortalama ömrünü τ olarak verir (saniye cinsinden) ve bozunumunu genişlik açısından Γ (eV cinsinden) bize Γ = ħ/τ.

Sıcaklık[değiştir | kaynağı değiştir]

Bazı alanlarda (plazma fiziği gibi) sıcaklık birimi olarak elektron volt kullanmak çok uygundur.

Sıcaklığı kelvine çevrilmesi kB olarak ifade edilir.

Boltzmann sabiti:

{1 \over k_{\text{B}}} = {1.602\,176\,53(14) \times 10^{-19} \text{ J/eV} \over 1.380\,6505(24) \times 10^{-23} \text{ J/K}} = 11\,604.505(20) \text{ K/eV}.

Örneğin tipik bir manyetik hapsetme füzyon plasma 15 keV veya 170megakelvin sıcaklığa sahiptir. Bir yaklaşma değeri olarak: kBT 20Co sıcaklıkta, yaklaşık 0,025eV (yaklaşık 290K/11604K/eV) sahiplerdir.

Özellikleri[değiştir | kaynağı değiştir]

Enerjisi "E" frekansı "v" dalgaboyu " λ " olan bir foton için

E=h\nu=\frac{hc}{\lambda}=\frac{(4.135 667 33\times 10^{-15}\,\mbox{eV}\,\mbox{s})(299\,792\,458\,\mbox{m/s})}{\lambda}

kullanılabilir. Burada h Planck sabiti c ışık hızıdır. Bu denklemi

E\mbox{(eV)}=\frac{1239.84187\,\mbox{eV}\,\mbox{nm}}{\lambda\ \mbox{(nm)}}.

indirgeyebiliriz.

Fotonların görünür spektrumdaki enerjileri


EV to nm vis.png


Enerji Karşılaştırmaları[değiştir | kaynağı değiştir]

• 5.25×1032 eV: 20 kilotonluk bir nükleer fisyon da açığa çıkan enerji miktarı

• 624EeV: (6,24x1020) 100-watt'lık bir ampulun saniyede harcadığı enerji miktarı

• 300EeV: Aman tanrım parçacığının (Oh-My-God particle) enerjisi

• 1PeV: Antartikadaki IceCube nötrino teleskobundan iki farklı nötrinodan ölçülen enerji değeri

• 14TeV: büyük hadron çarpıştırıcısının dizayn edilmiş proton çarpıştırma enerjisi.

• 1TeV: uçan bir sivri sineğin kinetik enerjsi

• 125,3 ± 0,6 GeV: Higgs Bozon'unun yaydığı enerji miktarı. LHC'de iki farklı sensör tarafından 5sigma kesinlikle test edilmiştir.

• 210 MeV: Pu-239 atomunun fisyonundan açığa çıkan ortalama enerji miktarıdır.

• 200MeV: U-235 atomunun fisyonundan açığa çıkan ortalama enerji miktarıdır.

• 17,6 MeV: Döteryum ve Trityumun He-4 'ün fisyonundan oluşumu esnasında açığa çıkan enerji miktarıdır. Bu enerji kilogram başına 0,41PJ 'dir.

• 1 MeV: Bir elektronun hareketsizken sahip olduğu enerjinin 2 katıdır.

• 13,6 eV: Hidrojen atomunu iyonize edebilmek için gerekli olan enerji miktarıdır.

• 1,6 eV 'den 3,4 eV 'ye: Görünür ışığın foton enerjisidir.

• 25meV: Oda sıcaklığındaki termal enerjinin miktarıdır (kBT). Bir hava molekülü ortalama 38 meV: kinetik enerjiye sahiptir.

• 230 µeV: Kozmik arkaplan mikrodalga ışımasının termal enerjisidir (kBT)