Cómo convertir julios en electronvoltios

Tanto el julio (J) como el electronvoltio (eV) son unidades de energía. Para hacer la conversión de julios a electronvoltios se pueden utilizar las equivalencias entre ambas medidas. Por ejemplo: 1 J = 6,241 507 649 ×10¹⁸ y 1eV = 1,602 176 634 ×10^-19 .

Qué es el julio (J)

El julio (J) es una unidad muy pequeña que se utiliza para medir la energía, el trabajo y el calor. Tiene ese nombre en honor al físico inglés James Prescott Joule, uno de los referentes más importantes de la termodinámica.

Se puede definir como el trabajo que se necesita realizar para producir un vatio o watt (W) de potencia durante un segundo, o vatio-segundo (W · s). El vatio mide la potencia y equivale a 1 julio por segundo (1 J/s). El vatio también se define con la fórmula kg⋅m²/s³.

Otras equivalencias del julio son:

• 1 J = 6,2415 × 10¹⁸ eV (electronvoltio)
• 1 J = 1 C·V (culombio·voltio)
• 1 J = 1 N·m (newton·metro)
• 1 J = 0,238 cal (caloría)

Algunos múltiplos de julio son:

• 1 kJ (kilojulio) = 10³ J
• 1 MJ (megajulio) = 10⁶ J
• 1 GJ (gigajulio) = 10⁹ J
• 1 TJ (terajulio) = 10¹² J

Qué es el voltio (V)

El voltio (V), también llamado volt o voltaje, es una medida que se utiliza para medir el potencial eléctrico, la tensión eléctrica y la fuerza electromotriz. Permite medir la fuerza o presión con la cual fluye la electricidad. Lleva ese nombre en honor al físico y químico italiano Alessandro Volta, creador de la primera pila voltaica.

El voltio se define como la diferencia de potencial en un material conductor cuando una corriente de un amperio (A) utiliza un vatio (W) de potencia. Esto se puede representar de la siguiente forma: 1 V = 1 W/A. El amperio mide la intensidad de una corriente eléctrica. Los watts o vatios miden la energía eléctrica que se produce.

Algunos múltiplos del voltio son:

• 1 daV (decavoltio) = 10¹ V
• 1 hV (hectovoltio) = 10² V
• 1 kV (kilovoltio) = 10³ V

Algunas equivalencias del voltio con otras medidas son:

1 Voltio = 1 Amperio · 1 Ohmio

Qué es el electronvoltio (eV)

Cuando es necesario hacer cálculos con valores de energía a una escala atómica, se utiliza como referencia al electronvoltio, que es una medida más pequeña que el julio. El electronvoltio (eV) es una unidad de energía que expresa la variación de energía que hay cuando un electrón se mueve desde un punto de potencial hasta otro, en caso de que la diferencia de potencial del campo eléctrico sea de 1 voltio.

El electronvoltio también se puede definir como la cantidad total de energía cinética que gana un electrón a medida que se mueve a través de una diferencia de potencial de un voltio.

El electronvoltio equivale a: 1,602 176 634 ×10⁻¹⁹ J.

Algunos múltipos del electronvoltio son:

• 1 keV (kiloelectronvoltio) = 10³ eV
• 1 MeV (megaelectronvoltio) = 10³ keV = 10⁶ eV
• 1 GeV (gigaelectronvoltio) = 10³ MeV = 10⁹ eV
• 1 TeV (teraelectronvoltio) = 10³ GeV = 10¹² eV

Conversión de julios a electronvoltios

Para convertir de julios a electronvoltios simplemente debemos utilizar la equivalencia entre el electronvoltio y el julio como factor de conversión:

• 1 eV = 1,602  ×10^-19 J
• 1 J = 6,241 ×10¹⁸ eV

Teniendo en cuenta esto, se puede resolver cualquier problema donde haya que realizar una conversión entre julios y electronvoltios. 

Uno de los problemas más comunes que requieren de la conversión de julios a electronvoltios es el cálculo de la energía de ionización de un elemento. Esto es la energía mínima que se necesita para captar un electrón de un átomo neutro, en estado gaseoso y fundamental.

Problema 1

Si la energía de ionización de un átomo de hidrógeno (H) es 2,195 ×10^-18 J, ¿a cuántos electronvoltios equivale esta energía?

Este problema se puede resolver de la siguiente manera:

X [eV] = 2,195  ×10^-18 J × 1 eV / 1,602 ×10^-19 J 

X [eV] = 13,7 eV

Por lo tanto, obtenemos que la energía de ionización de un átomo de hidrógeno es de 13,7 eV.

Problema 2

Si sabemos que la energía de ionización de un mol de carbono (C) es 1086,5 kJ, para determinar su equivalencia en electronvoltios debemos hacer lo siguiente:

Convertir de kilojulios (kJ) a julios (J): 

X [J] = 1086,5 kJ ×10³ J / 1 kJ = 1 086 500 J

X [eV] = 1 086 500 J × 1 eV / 1,602 ×10^-19 J

X [eV] = 6,782 ×10²⁴  eV

Por lo tanto, la energía de ionización de un mol de carbono (C) es de 6,782 ×10²⁴  eV.

Bibliografía

• Autores varios. El libro de la Física. (2020). España. Akal.
• Barrero González, F. Sistemas de energía eléctrica. (2004). España. Ediciones Paraninfo.
• Sánchez, J. L.; Choren, E.; Arteaga, A. Introducción al Sistema Internacional (SI) de Unidades. (2018, 3ra. edición. Versión Kindle). Venezuela. Universidad del Zulia.
• Problema de ejemplo de conversión de Joule a electrón voltios. Ciencia de hoy. Disponible en https://cienciadehoy.com/problema-de-ejemplo-de-conversion-de-joule-a-electron-voltios/.