Πώς να μετατρέψετε τα τζάουλ σε ηλεκτρον βολτ

Τόσο το τζάουλ (J) όσο και το ηλεκτρονβολτ (eV) είναι μονάδες ενέργειας. Για να γίνει η μετατροπή από τζάουλ σε ηλεκτρονβολτ, μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι ισοδυναμίες μεταξύ των δύο μετρήσεων. Για παράδειγμα: 1 J = 6,241 507 649 × 10 ¹⁸  και 1eV = 1,602 176 634 × 10 ^-19  .

Τι είναι το joule (J)

Το τζάουλ (J) είναι μια πολύ μικρή μονάδα που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της ενέργειας, της εργασίας και της θερμότητας. Έχει αυτό το όνομα προς τιμήν του Άγγλου φυσικού James Prescott Joule, μιας από τις πιο σημαντικές αναφορές στη θερμοδυναμική.

Μπορεί να οριστεί ως η εργασία που πρέπει να γίνει για να παραχθεί ένα watt ή  watt  (W) ισχύος για ένα δευτερόλεπτο ή watt-second (W · s). Το watt μετρά την ισχύ και είναι ίσο με 1 joule ανά δευτερόλεπτο (1 J/s). Το watt ορίζεται επίσης από τον τύπο kg⋅m²/s³ .

Άλλες ισοδυναμίες του joule είναι:

• 1 J = 6,2415 × 10 ¹⁸  eV (ηλεκτρονβολτ)
• 1 J = 1 C V (κουλόμπ βολτ)
• 1 J = 1 N m (νευτονόμετρο)
• 1 J = 0,238 θερμίδες (θερμίδες)

Μερικά πολλαπλάσια του joule είναι:

• 1 kJ (kilojoule) = 10 ³  J
• 1 MJ (megajoule) = 10 ⁶  J
• 1 GJ (gigajoule) = 10 ⁹  J
• 1 TJ (terajoule) = 10 ¹²  J

Τι είναι το βολτ (V)

Το volt (V), που ονομάζεται επίσης  volt  ή τάση, είναι ένα μέτρο που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση του ηλεκτρικού δυναμικού, της ηλεκτρικής τάσης και της ηλεκτροκινητικής δύναμης. Επιτρέπει τη μέτρηση της δύναμης ή της πίεσης με την οποία ρέει η ηλεκτρική ενέργεια. Φέρει αυτό το όνομα προς τιμή του Ιταλού φυσικού και χημικού Alessandro Volta, δημιουργού της πρώτης βολταϊκής μπαταρίας.

Το βολτ ορίζεται ως η διαφορά δυναμικού σε ένα αγώγιμο υλικό όταν ένα ρεύμα ενός αμπέρ (Α) χρησιμοποιεί ένα βατ (W) ισχύος. Αυτό μπορεί να αναπαρασταθεί ως εξής: 1 V = 1 W/A . Το αμπέρ μετρά την ένταση ενός ηλεκτρικού ρεύματος. Τα βατ ή τα βατ μετρούν την ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται.

Μερικά πολλαπλάσια του βολτ είναι:

• 1 daV (δεκαβολτ) = 10 ¹  V
• 1 hV (εκτοβολτ) = 10 ²  V
• 1 kV (κιλοβολτ) = 10 ³  V

Μερικές ισοδυναμίες του βολτ με άλλες μετρήσεις είναι:

1 Volt = 1 Ampere 1 Ohm

Τι είναι το ηλεκτρονβολτ (eV)

Όταν είναι απαραίτητο να γίνουν υπολογισμοί με ενεργειακές τιμές σε ατομική κλίμακα, το ηλεκτρονβολτ χρησιμοποιείται ως αναφορά, το οποίο είναι μικρότερη μέτρηση από το τζάουλ. Το ηλεκτρονβολτ (eV) είναι μια μονάδα ενέργειας που εκφράζει τη μεταβολή της ενέργειας που υπάρχει όταν ένα ηλεκτρόνιο μετακινείται από ένα σημείο δυναμικού σε άλλο, σε περίπτωση που η διαφορά δυναμικού του ηλεκτρικού πεδίου είναι 1 βολτ.

Το ηλεκτρονβολτ μπορεί επίσης να οριστεί ως η συνολική ποσότητα κινητικής ενέργειας που κερδίζει ένα ηλεκτρόνιο καθώς κινείται μέσα από μια διαφορά δυναμικού ενός βολτ.

Το ηλεκτρονβολτ ισούται με: 1,602 176 634 × 10 ⁻¹⁹  J.

Μερικά πολλαπλάσια του ηλεκτρονιοβολτ είναι:

• 1 keV (kiloelectrovolt) = 10 ³  eV
• 1 MeV (μεγαηλεκτρονβολτ) = 10 ³  keV = 10 ⁶  eV
• 1 GeV (gigaelectrovolt) = 10 ³  MeV = 10 ⁹  eV
• 1 TeV (teraelectrovolt) = 10 ³  GeV = 10 ¹²  eV

μετατροπή τζάουλ σε ηλεκτρονβολτ

Για να μετατρέψουμε από τζάουλ σε ηλεκτρονβολτ, πρέπει απλώς να χρησιμοποιήσουμε την ισοδυναμία μεταξύ του ηλεκτρονβολτ και του τζάουλ ως συντελεστή μετατροπής:

• 1 eV = 1,602 × 10 ^-19  J
• 1 J = 6,241 × 10 ¹⁸  eV

Λαμβάνοντας αυτό υπόψη, κάθε πρόβλημα όπου πρέπει να γίνει μια μετατροπή μεταξύ jouls και ηλεκτρονβολτ μπορεί να λυθεί. 

Ένα από τα πιο κοινά προβλήματα που απαιτούν μετατροπή από τζάουλ σε ηλεκτρονβολτ είναι ο υπολογισμός της ενέργειας ιοντισμού ενός στοιχείου. Αυτή είναι η ελάχιστη ενέργεια που απαιτείται για τη σύλληψη ενός ηλεκτρονίου από ένα ουδέτερο άτομο, σε αέρια και θεμελιώδη κατάσταση.

πρόβλημα 1

Εάν η ενέργεια ιοντισμού ενός ατόμου υδρογόνου (Η) είναι 2,195 × 10 ^-18  J, με πόσα ηλεκτρον βολτ είναι ίση με αυτή την ενέργεια;

Αυτό το πρόβλημα μπορεί να λυθεί με τον ακόλουθο τρόπο:

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

X [eV] = 13,7 eV

Επομένως, λαμβάνουμε ότι η ενέργεια ιοντισμού ενός ατόμου υδρογόνου είναι 13,7 eV.

πρόβλημα 2

Αν γνωρίζουμε ότι η ενέργεια ιοντισμού ενός mol άνθρακα (C) είναι 1086,5 kJ, για να προσδιορίσουμε την ισοδυναμία του σε ηλεκτρονβολτ πρέπει να κάνουμε τα εξής:

Μετατροπή από kilojoules (kJ) σε joules (J): 

X [J] = 1086,5 kJ × 10 ³  J / 1 kJ = 1 086 500 J

X [eV] = 1 086 500 J × 1 eV / 1.602 × 10 ^-19  J

X [eV] = 6,782 × 10 ²⁴   eV

Επομένως, η ενέργεια ιοντισμού ενός mole άνθρακα (C) είναι 6,782 × 10 ²⁴   eV.

Βιβλιογραφία

• Αρκετοί συγγραφείς. Το βιβλίο της Φυσικής. (2020). Ισπανία. Akal.
• Barrero González, F. Συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας. (2004). Ισπανία. Εκδόσεις Auditorium.
• Sanchez, JL; Choren, Ε.; Arteaga, A. Εισαγωγή στο Διεθνές Σύστημα (SI) Μονάδων. (2018, 3η Έκδοση. Έκδοση Kindle). Βενεζουέλα. Πανεπιστήμιο Zulia.
• Παράδειγμα προβλήματος μετατροπής τζάουλ σε βολτ ηλεκτρονίων . Η σημερινή επιστήμη. Διαθέσιμο στη διεύθυνση https://cienciadehoy.com/problema-de-ejemplo-de-conversion-de-joule-a-electron-voltios/ .