Elétron-volt

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Na física, um elétron-volt (símbolo eV, também escrito elétron-volt e elétron-volt) é a medida de uma quantidade de energia cinética adquirida por um único elétron acelerando do repouso através de uma diferença de potencial elétrico de um volt no vácuo. Quando usado como unidade de energia, o valor numérico de 1 eV em joules (símbolo J) equivale ao valor numérico da carga de um elétron em coulombs (símbolo C). Na redefinição de 2019 das unidades básicas do SI, isso define 1 eV igual ao valor exato 1,602176634×10⁻¹⁹ J.

Historicamente, o elétron-volt foi concebido como uma unidade de medida padrão devido à sua utilidade nas ciências do acelerador de partículas eletrostáticas, porque uma partícula com carga elétrica q ganha uma energia E = qV depois de passar por uma tensão de V. Como q deve ser um múltiplo inteiro de a carga elementar e para qualquer partícula isolada, a energia adquirida em unidades de elétron-volts é convenientemente igual a esse número inteiro vezes a voltagem.

É uma unidade comum de energia dentro da física, amplamente utilizada em estado sólido, física atômica, nuclear e de partículas e astrofísica de alta energia. É comumente usado com os prefixos SI mili-, kilo-, mega-, giga-, tera-, peta- ou exa- (meV, keV, MeV, GeV, TeV, PeV e EeV, respectivamente). Em alguns documentos mais antigos, e no nome Bevatron, é usado o símbolo BeV, que significa bilhão (10⁹) elétronvolts; é equivalente ao GeV.

Definição

Um elétron-volt é a quantidade de energia cinética ganha ou perdida por um único elétron acelerando do repouso através de uma diferença de potencial elétrico de um volt no vácuo. Portanto, tem o valor de um volt, 1 J/C, multiplicado pela carga elementar e = 1,602176634×10-19 C. Portanto, um elétron-volt é igual a 1,602176634×10⁻¹⁹ J.

O elétron-volt (eV) é uma unidade de energia, mas não é uma unidade SI. A unidade SI de energia é o joule (J).

Relação com outras propriedades e unidades físicas

Medição	Unidade	Valor SI da unidade
Energia	EV	1.602176634×10.^-19.JJ
Missa	EV /c²	1.78266192×10.^{- 36.}kg
Momentum	EV /c	5.34428599×10.^{- 28.}quilogramas
Temperatura	EV /k_B	1.160451812×10.⁴KK
Tempo	?/eV	6.582119×10.^{- Não.}S
Distância	HARK/eV	1.97327×10.^-7m

Massa

Por equivalência massa-energia, o elétron-volt corresponde a uma unidade de massa. É comum na física de partículas, onde as unidades de massa e energia são frequentemente trocadas, expressar a massa em unidades de eV/c², onde c é a velocidade da luz no vácuo (de E = mc2). É comum expressar informalmente a massa em termos de eV como uma unidade de massa, efetivamente usando um sistema de unidades naturais com c definido como 1. O quilograma equivalente a 1 eV/c² é:

{displaystyle 1;{text{eV}}/c^{2}={frac {(1.602 176 634times 10^{-19},{text{C}})times 1,{text{V}}}{(299 792 458;mathrm {m/s})^{2}}}=1.782 661 92times 10^{-kg}}};

Por exemplo, um elétron e um pósitron, cada um com uma massa de 0,511 MeV/c², pode aniquilar para produzir 1.022 MeV de energia. Um próton tem uma massa de 0,938 GeV/c² . Em geral, as massas de todos os hádrons são da ordem de 1 GeV/c2, o que torna o GeV/c² uma unidade de massa conveniente para a física de partículas:

1 GeV/c² = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = 1.78266192×10.^-27kg.

A constante de massa atômica (m_u), um doze avos da massa de um átomo de carbono-12, está próxima da massa de um próton. Para converter em equivalente de massa de elétron-volt, use a fórmula:

m_u = 1 931.4941 MeV/c² = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = 0,93149GeV/c².

Momento

Ao dividir a energia cinética de uma partícula em elétron-volts pela constante fundamental c (a velocidade da luz), pode-se descrever o momento da partícula em unidades de eV/c. Em unidades naturais nas quais a constante de velocidade fundamental c é numericamente 1, o c pode ser informalmente omitido para expressar o momento como elétron-volts.

A relação energia-momento em unidades naturais,

Não. E^{2}=p^{2}+m_{0}^{2}}

, é uma equação Pythagorean que pode ser visualizada como um triângulo direito onde a energia total

Não.

é a hipotenusa e o impulso

Não.

e massa de descanso

Não. m_{0}}

são as duas pernas.

A relação energia momento

Não. E^{2}=p^{2}c^{2}+m_{0}^{2}c^{4}}

em unidades naturais (com $Não.$ )

Não. E^{2}=p^{2}+m_{0}^{2}}

é uma equação Pythagorean. Quando uma energia relativamente alta é aplicada a uma partícula com massa de descanso relativamente baixa, pode ser aproximada como $Não. Esimeq p}$ em física de alta energia tal que uma energia aplicada em unidades de eV convenientemente resulta em uma mudança aproximadamente equivalente de impulso em unidades de eV /c.

As dimensões das unidades de momento são T⁻¹LM. As dimensões das unidades de energia são T⁻²L²M. Dividindo as unidades de energia (como eV) por uma constante fundamental (como a velocidade da luz) que possui unidades de velocidade (T ^-1L) facilita a conversão necessária para usar unidades de energia para descrever impulso.

Por exemplo, se o momento p de um elétron for 1 GeV, a conversão para o sistema de unidades MKS pode ser realizada por:

{displaystyle p=1;{text{GeV}}/c={frac {(1times 10^{9})times (1.602 176 634times 10^{-19};{text{C}})times (1;{text{V}})}{2.99 792458times 10^{8};{text{m}}/{text{s}}

Distância

Na física de partículas, um sistema de unidades naturais em que a velocidade da luz no vácuo c e a constante reduzida de Planck ħ são adimensionais e iguais à unidade: c = ħ = 1. Nessas unidades, distâncias e tempos são expressos em unidades de energia inversa (enquanto energia e massa são expressas nas mesmas unidades, veja equivalência massa-energia). Em particular, os comprimentos de dispersão de partículas são frequentemente apresentados em unidades de massas de partículas inversas.

Fora desse sistema de unidades, os fatores de conversão entre elétron-volt, segundo e nanômetro são os seguintes:

{displaystyle hbar =1.054 571 817 646times 10^{-34} mathrm {J{cdot }s} =6.582 119 569 509times 10^{-16} mathrm {eV{cdot }s}.}

As relações acima também permitem expressar o tempo de vida médio τ de uma partícula instável (em segundos) em termos de sua largura de decaimento Γ (em eV) via Γ = ħ/τ. Por exemplo, o méson B0 tem um tempo de vida de 1.530(9) picossegundos, o comprimento médio de decaimento é cτ = 459,7 μm, ou uma largura de decaimento de (4.302±25)×10⁻⁴ eV.

Por outro lado, as minúsculas diferenças de massa do méson responsáveis pelas oscilações do méson são muitas vezes expressas nos picossegundos inversos mais convenientes.

Energia em elétron-volts às vezes é expressa através do comprimento de onda da luz com fótons da mesma energia:

{displaystyle {frac {1;{text{eV}}}{hc}}={frac {1.602 176 634times 10^{-19};{text{J}}}{2.99 792 458times 10^{10};{text{cm}}/{text{s}})times (6.62607

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