Electronvolt

Energia per electron este foarte mică în situații macroscopice precum cea din exemplul anterior – o mică fracțiune de joule. Dar la o scară submicroscopică, o astfel de energie per particulă (electron, proton sau ion) poate fi de mare importanță. De exemplu, chiar și o mică fracțiune de joule poate fi suficient de mare pentru ca aceste particule să distrugă moleculele organice și să dăuneze țesutului viu. Particula poate produce daune prin coliziune directă sau poate crea raze X dăunătoare, care pot provoca, de asemenea, daune. Este util să existe o unitate energetică legată de efectele submicroscopice.

Figura 7.13 prezintă o situație legată de definirea unei astfel de unități energetice. Un electron este accelerat între două plăci metalice încărcate, ca de exemplu într-un tub de televiziune sau un osciloscop de model vechi. Electronul câștigă energie cinetică care este ulterior transformată într-o altă formă – lumină în tubul de televiziune, de exemplu. (Rețineți că în termeni de energie, „în jos” pentru electron este „în sus” pentru o sarcină pozitivă.) Deoarece energia este legată de tensiune prin ΔU = qΔV, ne putem gândi la joule ca un coulomb-volt.

Figura 7.13 Un tun de electroni tipic accelerează electronii folosind o diferență de potențial între două plăci metalice separate. Prin conservarea energiei, energia cinetică trebuie să fie egală cu modificarea energiei potențiale, deci KE = qV. Energia electronului în electron-volți este numeric aceeași cu tensiunea dintre plăci. De exemplu, o diferență de potențial de 5000 V produce electroni de 5000 eV. Construcția conceptuală, și anume două plăci paralele cu o gaură într-una, este prezentată în (a), în timp ce un tun cu electroni real este prezentat în (b).

ELECTRONVOLT La scara submicroscopică, este mai convenabil să definiți o unitate de energie numită electronvolt (eV), care este energia dată unei sarcini fundamentale accelerată printr-o diferență de potențial de 1 V. În formă de ecuație, 1eV = (1,60 × 10−19 C)(1 V) = (1,60 × 10−19 C)(1 J/C) = 1,60 × 10−19 J.

 

Un electron accelerat printr-o diferență de potențial de 1 V primește o energie de 1 eV. Rezultă că un electron accelerat prin 50 V câștigă 50 eV. O diferență de potențial de 100.000 V (100 kV) dă unui electron o energie de 100.000 eV (100 keV) și așa mai departe. În mod similar, un ion cu o sarcină dublă pozitivă accelerat prin 100 V câștigă 200 eV de energie. Aceste relații simple între tensiunea de accelerare și sarcinile particulelor fac din electronvolt o unitate de energie simplă și convenabilă în astfel de circumstanțe.

Electronvoltul este folosit în mod obișnuit în procesele submicroscopice – energiile de valență chimică și energiile de legare moleculare și nucleare sunt printre cantitățile adesea exprimate în electronvolți. De exemplu, este nevoie de aproximativ 5 eV de energie pentru a sparge anumite molecule organice. Dacă un proton este accelerat din repaus printr-o diferență de potențial de 30 kV, acesta capătă o energie de 30 keV (30.000 eV) și poate descompune până la 6000 dintre aceste molecule (30.000 eV ÷ 5 eV per moleculă = 6000 molecule). Energiile de dezintegrare nucleară sunt de ordinul a 1 MeV (1.000.000 eV) per eveniment și pot produce astfel daune biologice semnificative.

Sursa: University Physics (OpenStax), acces gratuit sub licență CC BY 4.0. Traducere de Nicolae Sfetcu. © 2024 MultiMedia Publishing, Fizica, Vol. 1-3