Rieth József: Anyagvilág - Háttéranyag

Energiaegységek - tömeg, hőmérséklet

Tartalomjegyzékhez Világképem <  Anyagelőtti     

Elektronvolt

Az elektronvolt egy SI mértékegység-rendszeren kívüli, csak az atom- és mag- és részecskefizikában, illetve a csillagászatban használható energia-mértékegység. Jele: eV. Használhatók vele az SI prefixumok (keV=1000 eV, MeV=1 millió eV, GeV, TeV).

Egy elektronvoltnak nevezzük azt az energiát, amelyet az elektron 1 V (megfelelő irányú) potenciálkülönbség hatására nyer.

1 eV = 1,602 176 487(40)ˇ10-19 J. (Forrás: CODATA 2006-os ajánlott értékek) Mivel a munka a W=qˇU képlet alapján számolható, egy gyorsított részecske energiája egyszerűen kiszámítható elektronvolt egységben. Pl. ha a kétszeresen pozitív α-részecskét gyorsítom 200 V potenciálkülönbségen, akkor 2ˇ200 = 400 eV energiára gyorsítottam fel.

Az elektronvolt és a tömeg

Einstein speciális relativitáselmélete szerint az energia ekvivalens a tömeggel, csak egy állandó szorzóban (a fénysebesség négyzetében) tér el: E = m c². A részecskefizikusok ezért az eV/c² egységet használják a tömeg egységének. Így például egyszerűen kiszámítható, hogy amikor az elektron és a pozitron találkozik, mivel mindkettőnek a tömege 511 keV/c², ezért 1,022 MeV energia keletkezik fotonok formájában. A proton tömege 0,938 GeV, ami a magfizikában a GeV egységet nagyon kényelmessé teszi. (Részecske és magfizikában gyakran úgynevezett Planck-egységeket használnak, ahol c = 1, ilyenkor a tömegegység egyszerűen eV, keV, MeV, GeV, TeV.)

Átszámítás SI egységre:

          1 eV/c² = 1,782 661 758(44)ˇ10-36 kg

          1 keV/c² = 1,782 661 758(44)ˇ10-33 kg

          1 MeV/c² = 1,782 661 758(44)ˇ10-30 kg (nagyjából két elektrontömeg)

          1 GeV/c² = 1,782 661 758(44)ˇ10-27 kg (nagyjából protontömeg)

          1 TeV/c² = 1,782 661 758(44)ˇ10-24 kg

Lásd még nagyságrendek listája (tömeg)

Az elektronvolt és hőmérséklet

Összehasonlításul atombomba robbanáskor a töltött részecskék mozgási energiája 0,3-tól 3 MeV-ig terjed. A légkör molekulájának mozgási energiája nagyjából 0,025 eV.

Általában ahhoz, hogy a részecske Kelvinben mért hőmérsékletét megkapjuk az elektronvoltban mért mozgási energiájából, 11 604-gyel kell szorozni (0,025 × 11604 = 290 K). (Bővebben a Boltzmann-állandónál és a hőmérsékletnél.)

A Boltzmann-állandó (k vagy kB) az a fizikai állandó, amely a test hőmérséklete és az azt felépítő részecskék mozgási energiája közötti kapcsolatban szerepel.

Egy osztrák fizikusról, Ludwig Boltzmannról nevezték el, akinek fontos szerepe volt a statisztikus fizika kialakulásában, melyben fontos szerepe van ennek az állandónak. Kísérletileg meghatározott értéke: k = 1,380 6504(24)ˇ10−23 joule/kelvin (8,617 343(15)ˇ10−5 elektronvolt/kelvin). A zárójelben szereplő számjegyek a mérés hibájára (standard deviáció) utalnak az utolsó két számjegyben. (Megkapható az egyetemes gázállandó [R = 8,314 J/(molˇK)] és az Avogadro-szám [NA = 6,022ˇ1023] hányadosaként: k = R/NA)

A k Boltzmann-állandó hidat jelent a makroszkopikus és a mikroszkopikus fizika között. Makroszkopikusan definiálhatunk egy gázskálát az abszolút hőmérsékletre, mely arányosan változik az ideális gáz p nyomásának és a V adott hőmérsékleten vett térfogatának szorzatával.

Ismerkedés az energiaegységekkel

A részecskegyorsítókkal való "barátkozáshoz" elengedhetetlen a magfizikában és részecskefizikában használatos energiaegységek megismerése.

1 elektronvolt (eV) az a mozgási energia, amelyre egy elektron 1 Volt feszültségkülönbséget befutva szert tesz. Többszörösei:

               ezerszerese a kiloelektronvolt (keV);

               milliószorosa, vagyis a keV ezerszerese a megaelektronvolt (MeV);

               a MeV ezerszerese a gigalelektronvolt (GeV).

               a TeV egység a teraelektronvolt, az eV billiószorosa, a GeV ezerszerese. (1 TeV = 103 GeV = 106 MeV = 109 keV = 1012 eV)

Tartalomjegyzékhez Világképem <  Anyagelőtti     

----------------------

http://hu.wikipedia.org/wiki/Elektronvolt

http://hu.wikipedia.org/wiki/Boltzmann-%C3%A1lland%C3%B3