dokončit zcela nový balíček 920 000 fotografií na plných 100 procent !
Nedostižná hranice 4 000 000 fotografií se února 2026 už nedožije...

Elektronvolt
Z Multimediaexpo.cz

Elektronvolt (značka eV) je jednotka práce a energie mimo soustavu SI. Odpovídá kinetické energii, kterou získá elektron urychlený ve vakuu napětím jednoho voltu.[1] Používá se běžně k měření malých množství energie zejména v částicové fyzice, fyzikální chemii apod., protože obvyklá energie jedné částice je v joulech velmi malé číslo. Zároveň je to jednotka technicky výhodná vzhledem k běžným metodám měření energie částic. Elektronvolt lze převést na odvozenou jednotku energie soustavy SI joule podle vztahu:
Hodnota číselně odpovídá náboji elektronu v coulombech, protože práce vykonaná na náboji elektrickou silou se počítá jako součin náboje (1 e) a napětí (1 V). Stejnou energii získá při pohybu v elektrostatickém poli i jiná částice se stejně velkým nábojem, například proton či mion. Elektronvolt není mezi standardními jednotkami soustavy SI. Jeho hodnota je určována experimentálně a postupně se upřesňuje.[3] Přesto Mezinárodní výbor pro míry a váhy povoluje elektronvolt k užívání společně s ostatními jednotkami SI,[4] jakož i další dvě experimentálně stanovené jednotky: atomovou hmotnostní konstantu a astronomickou jednotku. Elektronvolt se běžně využívá pro vyjádření mnoha dalších veličin, například hmotnosti, teploty nebo dokonce času.
Obsah[skrýt] |
Velikost jednotky
Elektronvolt je v běžných měřítkách extrémně malé množství energie. Energie pohybu letícího komára je přibližně bilion elektronvoltů.[5] Jednotka je proto užitečná tam, kde jsou typické energie velmi malé, to znamená ve světě částic. Také zde je 1 eV často poměrně malá energie, takže se používají větší násobky a předpony: 1 keV je tisíc eV, 1 MeV je milion eV, 1 GeV je miliarda eV, 1 TeV je bilion eV. Někdy se zkratka používá jako akronym, lze se tedy setkat i s jejím skloňováním.[6]
Největší urychlovač částic (LHC) dodá každému protonu energii 7 TeV.[7] Rozbitím jediného jádra uranu 235U se uvolní přibližně 215 MeV.[8]
Sloučením jednoho jádra atomu deuteria s jádrem tritia se uvolní 17,6 MeV.[8] V CRT obrazovkách barevných televizorů jsou elektrony urychlovány vysokým napětím kolem 32 tisíc voltů, takže elektrony získávají kinetickou energii 32 keV. Dobře se elektronvolt hodí k měření energie chemických vazeb, jsou to řádově jednotky či desítky eV na jednu molekulu.[8] K vytržení elektronu z atomu vodíku (ionizaci) je potřeba 13,6 eV.[8] Řádově jednotky eV má také energie fotonů viditelného světla.[8] Energie menší než elektronvolt se vyskytují v termodynamice, například střední kinetická energie částic vzduchu při pokojové teplotě je 38 meV (milielektronvolt).[8]
Rychlost elektronu s kinetickou energií 1 eV je přibližně 593 km/s. Rychlost protonu se stejnou kinetickou energií je pak jen 13,8 km/s.
Velikost elektronvoltu v jednotkách SI se určuje měřením náboje elektronu. Nejpřesnější ze známých metod je měření Josephsonova jevu, kterým se určí hodnota Josephsonovy konstanty
Užití při měření
V technické praxi je výhodné, že pro částice s elementárním nábojem odpovídá změna energie v elektronvoltech přímo elektrickému napětí ve voltech, kterým je částice urychlena (či zbrzděna). Příkladem může být aparatura k pozorování vnějšího fotoelektrického jevu, kde se užívá brzdné elektrické pole ke zjištění energie elektronů. Světlo (či jiné záření) prochází okénkem do evakuované baňky a dopadá na katodu, aby z jejího povrchu vytrhlo elektrony. Ty prolétají skrze mřížku, dopadají na anodu a vytvářejí tak v obvodu elektrický proud, který měříme mikroampérmetrem. Abychom stanovili energii vyletujících elektronů, nastavíme pomocí potenciometru brzdné napětí mezi katodu a mřížku. Málo energetické elektrony jsou tímto elektrickým polem vráceny zpět na katodu a neúčastní se vedení proudu. Pokud má ale elektron dostatečnou kinetickou energii, brzdné pole překoná a pokračuje k anodě. Potřebná kinetická energie v elektronvoltech přímo odpovídá brzdnému napětí ve voltech. Můžeme tedy experimentálně zjistit krajní hodnotu napětí mezi katodou a mřížkou, při němž obvodem ještě prochází proud, například 1,2 voltu. Znamená to, že světlo dodává elektronům kinetickou energii 1,2 elektronvoltu. V praxi tedy často porovnáváme neznámou hodnotu energie částice přímo s elektronvoltem a nikoli s jednotkami soustavy SI. Je to jeden z hlavních důvodů k zavedení této jednotky. Nepřesnost převodního koeficientu mezi eV a J je obvykle zcela zanedbatelná vzhledem k chybám měření v běžných laboratorních podmínkách. Navíc elektronvolt lze podle jeho definice realizovat výrazně přesněji než joule podle definice SI.
Konstanty
Některé fyzikální konstanty mají rozměr energie, případně v kombinaci s dalšími veličinami. K jejich vyjádření lze místo joulů používat elektronvolty. Skupina CODATA uvádí v doporučení z roku 2006 tyto hodnoty konstant a směrodatných odchylek.[2][pozn 2]
Veličina | Hodnota | Význam |
---|---|---|
Planckova konstanta | Elementární kvantum akce | |
redukovaná Planckova konstanta | ||
Boltzmannova konstanta | Vztah mezi energií částic a teplotou termodynamického systému | |
Rydbergova konstanta | Ionizační energie vodíku | |
Atomová hmotnostní konstanta | Dvanáctina klidové energie atomu uhlíku | |
Planckova energie | Přirozená jednotka energie | |
Bohrův magneton | Jednotka pro magnetický moment elektronu | |
Jaderný magneton | Jednotka pro magnetický moment atomových jader |
Energie fotonů

Podle kvantové teorie se světlo a veškeré jiné elektromagnetické záření skládá z částic – fotonů, jejichž energie je přímo úměrná frekvenci světla.
Zde
Viditelné světlo i okolní infračervené a ultrafialové záření je tedy tvořeno fotony s energií řádově v jednotkách elektronvoltů.
Další veličiny udávané v elektronvoltech
V částicové fyzice se elektronvolty, jejich násobky a mocniny běžně užívají i k vyjádření hodnot jiných veličin než energie. Tato konvence je postavena na faktu, že veličiny k sobě pojí základní fyzikální vztah, který má tvar přímé úměrnosti. Je-li energie
kde
Jako jednotku pro veličinu
Tento zápis kóduje způsob, jak hodnotu veličiny převést na jiné jednotky. Například klidová hmotnost protonu může být uvedena jako
Hmotnost protonu je tedy přibližně
Hmotnost
Podle Einsteinovy teorie relativity odpovídá každé hmotnosti určité množství energie podle vztahu E=mc², kde
Ve fyzice elementárních částic se klidová hmotnost udává běžně v jednotkách
Hybnost
Hybnost fotonu je přímo úměrná jeho energii, přičemž konstantou úměrnosti je rychlost světla ve vakuu.
Dle tohoto vztahu můžeme přirozeně měřit hybnost v jednotkách
Hybnost fotonu má v těchto jednotkách číselně stejnou hodnotu jako jeho energie.
Výhodnost těchto jednotek lze demonstrovat na příkladu, kdy máme určit hybnost elektronu, který byl urychlen elektrickým napětím
Odtud plyne
-
.
Hybnost tedy můžeme zapsat jako
Termodynamická teplota
Termodynamická teplota se místo kelvinů někdy udává v elektronvoltech. Převod je dán hodnotou Boltzmannovy konstanty
Například teplotu v jádru Slunce 15,7 milionu kelvinů[10] lze zapsat jako
Časy a vzdálenosti
U částic s velmi krátkou střední dobou života
Například mezon
A protože rychlost světla ve vakuu dává přímý přepočet mezi jednotkami času a vzdálenosti, je možné měřit i vzdálenost v jednotkách
Vzhledem k typickým malým vzdálenostem ve světě částic, používá se tento vztah často ve tvarech[12]:
Historie
Poprvé byla jednotka elektronvolt, tehdy ještě pod názvem „ekvivalent voltu“, použita roku 1912 v časopisu Philosophical Magazine v článku Karla Taylora Comptona a Owena Willanse Richardsona „The Photoelectric Effect“ o fotoelektrickém jevu.[13][14] V USA se s rozvojem částicové fyziky začala používat jednotka BeV (případně bev či Bev), kde B představovalo miliardu (z anglického „billion“). V roce 1948 však IUPAP její používání zamítl a naopak pro miliardu elektronvoltů upřednostnil použití předpony giga, takže jednotka je označována zkratkou GeV.[13] V některých starších publikacích se jako zkratka pro elektronvolt uvádí „ev“.[15] Od jednotky BeV byl odvozen název částicového urychlovače Bevatron (v provozu 1954–1993, Berkeley, USA). Podle stejného klíče byl pojmenován urychlovač Tevatron (od 1983, Illinois), který urychluje protony a antiprotony na energie až 1 TeV. Název Zevatron se někdy s nadsázkou užívá pro přírodní astrofyzikální zdroje částic s energiemi až 1021 eV (předpona zetta).[16] Vyšší energie jediné částice nebyla dosud nikdy zaznamenána.[17]
Poznámky
- ↑ Na obrázku je urychlující elektrické pole mezi elektrodami homogenní. Uvedené hodnoty energií ukazují, že kinetická energie částic přibývá přímo úměrně vzdálenosti od počáteční elektrody. Rychlost částic roste ve slabém poli kvadraticky, přičemž elektron na stejné vzdálenosti získá zhruba 43× vyšší rychlost. Proton získá 43× větší hybnost. Naznačené rychlosti částic nejsou v odpovídajícím poměru, ve skutečnosti by červená šipka měla být asi dvacetkrát menší, než je.
- ↑ 2,0 2,1 Tento článek používá vědecký zápis čísel. Závorkou je vyznačena směrodatná odchylka, která se týká vždy posledních dvou platných číslic. Všechny hodnoty uvedené včetně odchylek vychází z reference CODATA 2006.
- ↑ Uvedená hodnota
vznikla vynásobením hodnoty dle CODATA 2006 konstantou kvůli přepočtu na . - ↑ Z historických a praktických důvodů není faktor ve vztahu mezi kinetickou energií a teplotou
roven jedné. Vymizí tak číselné konstanty v jiných vztazích, jako je např. stavová rovnice ideálního plynu, Boltzmannův faktor či Planckův vyzařovací zákon.
Reference
- ↑ Vyhláška Ministerstva průmyslu a obchodu o základních měřicích jednotkách a ostatních jednotkách a o jejich označování [online]. Ministerstvo průmyslu a obchodu, 14. července 2000, [cit. 2009-03-21]. Dostupné online.
- ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 MOHR, Peter J.; TAYLOR, Barry N.; NEWELL, David B.. CODATA recomended values of the fundamental physical constants: 2006. Review of Modern Physics, 2008-06-06, svazek 80, číslo 2, s. 709-714. Tabulka XLIX. Dostupné online [PDF, cit. 2009-03-21]. ISSN 1539-0756. DOI:10.1103/RevModPhys.80.633. (anglicky)
- ↑ TAYLOR, Barry N.; MOHR, Peter J.. Definitions of the SI units: Non-SI units [online]. NIST, 1998-02-17, rev. 2007-03-09, [cit. 2009-03-21]. (The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty.) Sekce International System of Units from NIST. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ CIPM, CCU, BIPM. SI brochure, Section 4.1, Non-SI units accepted for use with the SI, and units based on fundamental constants [online]. Sèvres Cedex, Francie : The International Bureau of Weights and Measures (Mezinárodní úřad pro míry a váhy), 2006-03, [cit. 2009-04-14]. Tabulka je taktéž dostupná online. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ LHC Glossary, heslo TeV [online]. CERN, [cit. 2009-04-08]. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ WAGNER, Vladimír. Jak se zkoumá narušení chirální symetrie aneb jak mi vládce podsvětí pomůže zjistit, proč má půvabná ženuška váží 64 kilo, místo méně než 1,4 kg, jak by se dalo očekávat [online]. 2001-10-25, [cit. 2009-04-14]. Příklad použití akronymu „mevů“. Psáno pro Neviditelného psa. Dostupné online. (česky)
- ↑ LHC Machine Outreach [online]. CERN, [cit. 2009-04-08]. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ STAROBA, Pavel. Přirozená soustava jednotek [online]. Praha : České vysoké učení technické, 2008-09-29, [cit. 2009-04-08]. Dostupné online.
- ↑ NASA. Sun Fact Sheet [online]. 2004-09-01, rev. 2004-09-01, [cit. 2009-08-02]. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ VANKOV, Peter Hristoforov. Study of the B-Meson Lifetime and the Performance of the Outer Tracker at LHCb [online]. CERN, 2008-11-05, [cit. 2009-04-08]. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ AMSLER, Claude et al.. Review of Particle Physics. Physics Letters B, 2008-08-04, svazek 667, číslo 1. Particle Data Group, Physical constants, tabulka 1.1.. Dostupné online [PDF, cit. 2009-03-21]. ISSN 0370-2693. DOI:10.1016/j.physletb.2008.07.018. (anglicky)
- ↑ 13,0 13,1 MADORE, Barry F.. The Lexicon and Glossary of Terms in LEVEL 5, heslo Electron volt [online]. Pasadena, Kalifornie, USA : Caltech and Carnegie, 2002-08-14, rev. 2006-01-10, [cit. 2009-04-13]. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ Editor. Electron volt [online]. Sizes, Inc, 2000, rev. 2004-11-26, [cit. 2009-04-14]. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ National Research Council (U.S.). Conference on Glossary of Terms in Nuclear Science and Technology, National Research Council (U.S.). A glossary of terms in nuclear science and technology. New York : American Society of Mechanical Engineers, 1957. (anglicky)
- ↑ HONDA, Mitsuru; HONDA, Yasuko S.. Filamentary Jets as a Cosmic-Ray "Zevatron". The Astrophysical Journal, 2004-09-07, svazek 1, číslo 617, s. L37-L40. Dostupné online [PDF/HTML, cit. 2009-04-14]. ISSN 1538-4365. DOI:10.1086/427067. (anglicky)
- ↑ KULHÁNEK, Petr. Mohou Alfvénovy vlny i za vysoké energie v kosmickém záření?. Aldebaran Bulletin, 2009-04-17, ročník 2009, číslo 16. Dostupné online [cit. 2009-05-06]. ISSN 1214-1674.
Externí odkazy
- Český metrologický institut: Povolené jednotky mimo SI
- Jiří Bureš, converter.cz: Práce a energie - převodní tabulky veličin
[zobrazit] Náklady na energie a provoz naší encyklopedie prudce vzrostly. Potřebujeme vaši podporu... Kolik ?? To je na Vás. Náš FIO účet — 2500575897 / 2010 |
---|