Kuinka muuntaa joulea elektronivolteiksi

Sekä joule (J) että elektronvoltti (eV) ovat energian yksiköitä. Muunnoksi jouleista elektronvoltteiksi voidaan käyttää molempien mittasuhteiden välisiä ekvivalensseja. Esimerkiksi: 1 J = 6,241 507 649 × 10 ¹⁸  ja 1 eV = 1,602 176 634 × 10 ^-19  .

Mikä on joule (J)

Joule (J) on hyvin pieni yksikkö, jota käytetään energian, työn ja lämmön mittaamiseen. Sillä on tämä nimi englantilaisen fyysikon James Prescott Joulen kunniaksi, joka on yksi termodynamiikan tärkeimmistä viitteistä.

Se voidaan määritellä työksi, joka on tehtävä yhden watin tai  watin  (W) tehon tuottamiseksi yhden sekunnin tai wattisekunnin (W · s) aikana. Watti mittaa tehoa ja on yhtä suuri kuin 1 joule sekunnissa (1 J/s). Watti määritellään myös kaavalla kg⋅m²/s³ .

Muita joulen ekvivalentteja ovat:

• 1 J = 6,2415 × 10 ¹⁸  eV (elektronivoltti)
• 1 J = 1 C V (coulomb voltti)
• 1 J = 1 N m (newtonmetri)
• 1 J = 0,238 cal (kalori)

Jotkut joulen kerrannaiset ovat:

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

Mikä on voltti (V)

Voltti (V), jota kutsutaan myös  voltiksi  tai jännitteeksi, on mitta, jota käytetään sähköpotentiaalin, sähköjännitteen ja sähkömotorisen voiman mittaamiseen. Sen avulla voidaan mitata voimaa tai painetta, jolla sähkö virtaa. Se kantaa tätä nimeä italialaisen fyysikon ja kemistin Alessandro Voltan, ensimmäisen voltaakun luojan, kunniaksi.

Voltti määritellään potentiaalieroksi johtavan materiaalin poikki, kun yhden ampeerin (A) virta käyttää yhden watin (W) tehoa. Tämä voidaan esittää seuraavasti: 1 V = 1 W/A . Ampeeri mittaa sähkövirran voimakkuutta. Watit tai watit mittaavat tuotettua sähköenergiaa.

Jotkut voltin kerrannaiset ovat:

• 1 daV (dekavoltti) = 10 ¹  V
• 1 hV (hehtovoltti) = 10 ²  V
• 1 kV (kilovoltti) = 10 ³  V

Jotkut voltin vastaavuudet muiden mittausten kanssa ovat:

1 voltti = 1 ampeeri 1 ohm

Mikä on elektronvoltti (eV)

Kun on tarpeen tehdä laskelmia energia-arvoilla atomimittakaavassa, käytetään elektronvolttia, joka on pienempi mitta kuin joule. Elektronvoltti (eV) on energian yksikkö, joka ilmaisee energian muutosta, joka tapahtuu elektronin siirtyessä potentiaalipisteestä toiseen, jos sähkökentän potentiaaliero on 1 voltti.

Elektronivoltti voidaan määritellä myös kineettisen energian kokonaismääräksi, jonka elektroni saa liikkuessaan yhden voltin potentiaalieron läpi.

Elektronvoltti on yhtä suuri kuin: 1,602 176 634 × 10 ⁻¹⁹  J.

Jotkut elektronivoltin kerrannaiset ovat:

• 1 keV (kiloelektronivoltti) = 10 ³  eV
• 1 MeV (megaelektronivoltti) = 10 ³  keV = 10 ⁶  eV
• 1 GeV (gigaelektronivoltti) = 10 ³  MeV = 10 ⁹  eV
• 1 TeV (teraelektronivoltti) = 10 ³  GeV = 10 ¹²  eV

jouleen muunnos elektronvolteiksi

Muuntaaksemme jouleista elektronvoltteiksi meidän on yksinkertaisesti käytettävä elektronvoltin ja joulen välistä ekvivalenssia muuntokertoimena:

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

Kun tämä otetaan huomioon, mikä tahansa ongelma, jossa jouleen ja elektronvoltin välillä on suoritettava muunnos, voidaan ratkaista. 

Yksi yleisimmistä ongelmista, jotka edellyttävät muuntamista jouleista elektronvoltteiksi, on alkuaineen ionisaatioenergian laskeminen. Tämä on vähimmäisenergia, joka tarvitaan elektronin sieppaamiseen neutraalista atomista kaasumaisessa ja perustilassa.

ongelma 1

Jos vetyatomin (H) ionisaatioenergia on 2,195 × 10 ^-18  J, kuinka monta elektronivolttia tämä energia on yhtä suuri?

Tämä ongelma voidaan ratkaista seuraavalla tavalla:

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

X [eV] = 13,7 eV

Tästä syystä saadaan, että vetyatomin ionisaatioenergia on 13,7 eV.

ongelma 2

Jos tiedämme, että hiilimoolin (C) ionisaatioenergia on 1086,5 kJ, sen vastaavuuden määrittämiseksi elektronvoltteina meidän on tehtävä seuraava:

Muunna kilojouleista (kJ) jouleiksi (J): 

X [J] = 1 086,5 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

Siksi yhden hiilimoolin (C) ionisaatioenergia on 6,782 × 10 ²⁴   eV.

Bibliografia

• Useita kirjoittajia. Fysiikka kirja. (2020). Espanja. Akal.
• Barrero González, F. Sähkövoimajärjestelmät. (2004). Espanja. Auditorio-versiot.
• Sanchez, JL; Choren, E.; Arteaga, A. Johdatus kansainväliseen yksikköjärjestelmään (SI). (2018, 3. painos. Kindle Edition). Venezuela. Zulian yliopisto.
• Joule-elektronivolttimuunnosesimerkkiongelma . Tämän päivän tiede. Saatavilla osoitteessa https://cienciadehoy.com/problema-de-ejemplo-de-conversion-de-joule-a-electron-voltios/ .