Worldlex Wiki En physique , un électronvolt (symbole eV ), également écrit électronvolt et électronvolt , est la mesure de la quantité d' énergie cinétique gagnée par un seul électron accélérant à travers une différence de potentiel électrique d'un volt dans le vide . Lorsqu'elle est utilisée comme unité d'énergie , la valeur numérique de 1 eV en joules (symbole J) est égale à la valeur numérique de la charge d'un électron en coulombs (symbole C). Selon la révision du SI de 2019 , cela définit 1 eV comme étant la valeur exacte1,602 176 634 × 10 −19 J .
Historiquement, l'électronvolt a été conçu comme unité de mesure standard grâce à son utilité dans les sciences des accélérateurs de particules électrostatiques , car une particule avec une charge électrique q gagne une énergie E = qV après avoir traversé une tension de V.
Définition et utilisation
Un électronvolt est la quantité d'énergie gagnée ou perdue par un seul électron lorsqu'il se déplace à travers une différence de potentiel électrique d'un volt . Par conséquent, sa valeur est d'un volt , ce qui est1 J/C , multiplié par la charge élémentaire e = 1,602 176 634 × 10 −19 C . Par conséquent, un électronvolt est égal à1,602 176 634 × 10 −19 J .
L'électronvolt (eV) est une unité d'énergie, mais n'est pas une unité SI . C'est une unité d'énergie couramment utilisée en physique, largement utilisée en physique du solide , atomique , nucléaire et des particules , ainsi qu'en astrophysique des hautes énergies . Il est couramment utilisé avec les préfixes SI milli- (10-3 ) , kilo- (103 ) , méga- ( 106 ), giga- ( 109 ), téra- ( 1012 ), péta- ( 1015 ) ou exa- ( 1018 ), les symboles respectifs étant meV, keV, MeV, GeV, TeV, PeV et EeV. L'unité SI d'énergie est le joule (J).
Dans certains documents anciens et dans le nom Bevatron , le symbole BeV est utilisé, où le B signifie milliard . Le symbole BeV est donc équivalent à GeV , bien qu'aucun des deux ne soit une unité SI.
Relation avec d'autres propriétés et unités physiques
| Quantité | Unité | Valeur SI de l'unité | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| énergie | eV | 1,602 176 634 × 10 −19 J [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| masse | eV / c2 | 1,782 661 92 × 10 −36 kg | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| élan | eV/ c | 5,344 285 99 × 10 −28 kg·m/s | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| température | eV / kB | 11 604 .518 12 K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| temps | ħ /eV | 6,582 119 × 10 −16 s | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| distance | c /eV | 1,973 27 × 10 −7 m
Dans les domaines de la physique dans lesquels l'électronvolt est utilisé, d'autres quantités sont généralement mesurées en utilisant des unités dérivées de l'électronvolt en tant que produit avec des constantes fondamentales importantes dans la théorie sont souvent utilisées. MassePar équivalence masse-énergie , l'électronvolt correspond à une unité de masse . Il est courant en physique des particules , où les unités de masse et d'énergie sont souvent interchangées, d'exprimer la masse en unités de eV/ c2 , où c est la vitesse de la lumière dans le vide (de E = mc2 ). Il est courant d'exprimer de manière informelle la masse en termes d'eV comme unité de masse , en utilisant efficacement un système d' unités naturelles avec c fixé à 1. L' équivalent en kilogramme de1 eV/ c2 est : Par exemple, un électron et un positon , chacun avec une masse de0,511 MeV/ c2 , peut s'annihiler pour donner1,022 MeV d'énergie. Un proton a une masse de0,938 GeV/ c 2 . En général, les masses de tous les hadrons sont de l'ordre de1 GeV/ c2 , ce qui fait du GeV/ c2 une unité de masse pratique pour la physique des particules : 1 GeV / c2 =1,782 661 92 × 10 −27 kg .
La constante de masse atomique ( m u ), un douzième de la masse d'un atome de carbone 12, est proche de la masse d'un proton. Pour convertir en équivalent-masse électronvolt, utilisez la formule : m u = 1 Da =931,4941 MeV/ c2 =0,931 4941 GeV / c2 .
ÉlanEn divisant l'énergie cinétique d'une particule en électronvolts par la constante fondamentale c (la vitesse de la lumière), on peut décrire l' impulsion de la particule en unités de eV/ c . Dans les unités naturelles dans lesquelles la constante de vitesse fondamentale c est numériquement 1, le c peut être omis de manière informelle pour exprimer l'impulsion en utilisant l'unité électronvolt.  La relation énergie–impulsion en unités naturelles (avec ) est une équation de Pythagore . Lorsqu'une énergie relativement élevée est appliquée à une particule ayant une masse au repos relativement faible , elle peut être approchée comme en physique des hautes énergies de telle sorte qu'une énergie appliquée exprimée dans l'unité eV entraîne commodément une variation de quantité de mouvement numériquement approximativement équivalente lorsqu'elle est exprimée avec l'unité eV/ c . La dimension de l'impulsion est T −1 L M . La dimension de l'énergie est T −2 L 2 M . La division d'une unité d'énergie (comme eV) par une constante fondamentale (comme la vitesse de la lumière) qui a la dimension de la vélocité ( T −1 L ) facilite la conversion requise pour utiliser une unité d'énergie pour quantifier l'impulsion. Par exemple, si l’impulsion p d’un électron est1 GeV/ c , la conversion au système d'unités MKS peut être réalisée de la manière suivante : DistanceEn physique des particules , un système d'unités naturelles dans lequel la vitesse de la lumière dans le vide c et la constante de Planck réduite ħ sont sans dimension et égales à l'unité est largement utilisé : c = ħ = 1 . Dans ces unités, les distances et les temps sont exprimés en unités d'énergie inverses (alors que l'énergie et la masse sont exprimées dans les mêmes unités, voir équivalence masse–énergie ). En particulier, les longueurs de diffusion des particules sont souvent présentées en utilisant une unité de masse de particule inverse. En dehors de ce système d’unités, les facteurs de conversion entre l’électronvolt, la seconde et le nanomètre sont les suivants : Les relations ci-dessus permettent également d'exprimer la durée de vie moyenne
τ d'une particule instable (en secondes) en fonction de sa largeur de désintégration Γ (en eV) via Γ = ħ / τ . Par exemple, À l’inverse, les minuscules différences de masse des mésons responsables des oscillations des mésons sont souvent exprimées en picosecondes inverses, plus pratiques. L'énergie en électronvolts est parfois exprimée par la longueur d'onde de la lumière avec des photons de même énergie : TempératureDans certains domaines, comme la physique des plasmas , il est pratique d'utiliser l'électronvolt pour exprimer la température. L'électronvolt est divisé par la constante de Boltzmann pour passer à l' échelle Kelvin : où k B est la constante de Boltzmann . Le k B est supposé lorsque l'on utilise l'électronvolt pour exprimer la température, par exemple, un plasma de fusion à confinement magnétique typique est15 keV (kiloélectronvolt), ce qui équivaut à 174 MK (mégakelvin). En guise d'approximation : k B T est d'environ0,025 eV (≈ 290 K/11604 K/eV ) à une température de20 °C . Longueur d'onde  L'énergie E , la fréquence ν et la longueur d'onde λ d'un photon sont liées par où h est la constante de Planck , c est la vitesse de la lumière . Cela se réduit à Un photon avec une longueur d'onde de Expériences de diffusionDans une expérience de diffusion nucléaire à basse énergie, il est habituel de se référer à l'énergie de recul nucléaire en unités de eVr, keVr, etc. Cela distingue l'énergie de recul nucléaire de l'énergie de recul « équivalente à un électron » (eVee, keVee, etc.) mesurée par la lumière de scintillation . Par exemple, le rendement d'un phototube est mesuré en phe/keVee ( photoélectrons par keV d'énergie équivalente à un électron). La relation entre eV, eVr et eVee dépend du milieu dans lequel la diffusion a lieu et doit être établie empiriquement pour chaque matériau. Comparaisons énergétiques
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