Hogyan alakítsuk át a joule-t elektronvoltokra

A joule (J) és az elektronvolt (eV) is az energia mértékegysége. A joule-ról elektronvoltra való átalakításhoz a két mérték közötti ekvivalenciák használhatók. Például: 1 J = 6,241 507 649 × 10 ¹⁸  és 1eV = 1,602 176 634 × 10 ^-19  .

Mi az a joule (J)

A joule (J) egy nagyon kicsi mértékegység, amelyet az energia, a munka és a hő mérésére használnak. Ezt a nevet James Prescott Joule angol fizikus tiszteletére kapta, aki a termodinamika egyik legfontosabb referenciája.

Meghatározható úgy, mint az a munka, amelyet egy watt vagy  watt  (W) teljesítmény előállításához kell elvégezni egy másodpercig, vagy watt-másodpercig (W · s). A watt teljesítményt mér, és másodpercenként 1 joule-nak felel meg (1 J/s). A watt a kg⋅m²/s³ képlettel is meghatározható .

A joule egyéb ekvivalenciái:

• 1 J = 6,2415 × 10 ¹⁸  eV (elektronvolt)
• 1 J = 1 C V (coulomb volt)
• 1 J = 1 N m (newtonméter)
• 1 J = 0,238 cal (kalória)

A joule néhány többszöröse:

• 1 kJ (kilojoule) = 10 ³  J
• 1 MJ (megajoule) = ¹⁰⁶  J
• 1 GJ (gigajoule) = 10 ⁹  J
• 1 TJ (terajoule) = 10 ¹²  J

Mi a volt (V)

A volt (V), más néven  volt  vagy feszültség, az elektromos potenciál, az elektromos feszültség és az elektromotoros erő mérésére használt mérték. Lehetővé teszi annak az erőnek vagy nyomásnak a mérését, amellyel az elektromosság áramlik. Ezt a nevet Alessandro Volta olasz fizikus és vegyész, az első voltakkumulátor megalkotója tiszteletére viseli.

A volt definíció szerint a potenciálkülönbség egy vezető anyagon, amikor egy amperes (A) áram egy watt (W) teljesítményt használ fel. Ez a következőképpen ábrázolható: 1 V = 1 W/A . Az amper az elektromos áram erősségét méri. A watt vagy watt a megtermelt elektromos energiát méri.

A volt néhány többszöröse:

• 1 daV (dekavolt) = 10 ¹  V
• 1 hV (hektovolt) = 10 ²  V
• 1 kV (kilovolt) = 10 ³  V

A volt néhány egyenértékűsége más mérésekkel:

1 Volt = 1 Amper 1 Ohm

Mi az elektronvolt (eV)

Ha atomi léptékű energiaértékekkel kell számításokat végezni, referenciaként az elektronvoltot használják, amely kisebb mérték, mint a joule. Az elektronvolt (eV) az energia mértékegysége, amely azt az energiaváltozást fejezi ki, amely akkor következik be, amikor az elektron az egyik potenciálpontból a másikba mozog, ha az elektromos tér potenciálkülönbsége 1 volt.

Az elektronvolt úgy is meghatározható, mint az a teljes kinetikus energia, amelyet az elektron nyer, amikor egy voltos potenciálkülönbségen áthalad.

Az elektronvolt egyenlő: 1,602 176 634 × 10 ⁻¹⁹  J.

Az elektronvolt néhány többszöröse:

• 1 keV (kiloelektronvolt) = 10 ³  eV
• 1 MeV (megaelektronvolt) = 10 ³  keV = 10 ⁶  eV
• 1 GeV (gigaelektronvolt) = 10 ³  MeV = 10 ⁹  eV
• 1 TeV (teraelektronvolt) = 10 ³  GeV = 10 ¹²  eV

joule-ból elektronvolt átalakítás

A joule-ról elektronvoltra való átváltáshoz egyszerűen az elektronvolt és a joule közötti ekvivalenciát kell konverziós tényezőként használnunk:

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

Ezt figyelembe véve minden olyan probléma megoldható, ahol joule és elektronvolt közötti konverziót kell végrehajtani. 

Az egyik leggyakoribb probléma, amely a joule-ról elektronvoltra való átalakítást igényel, egy elem ionizációs energiájának kiszámítása. Ez az a minimális energia, amely egy semleges atom elektron elfogásához szükséges gáznemű és alapállapotban.

probléma 1

Ha egy hidrogén (H) atom ionizációs energiája 2,195 × 10 ^-18  J, hány elektronvolttal egyenlő ez az energia?

Ez a probléma a következő módon oldható meg:

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

X [eV] = 13,7 eV

Ezért azt kapjuk, hogy egy hidrogénatom ionizációs energiája 13,7 eV.

probléma 2

Ha tudjuk, hogy egy mól szén (C) ionizációs energiája 1086,5 kJ, az elektronvoltban mért egyenértékűségének meghatározásához a következőket kell tennünk:

Konvertálás kilojoule-ból (kJ) joule-ra (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

Ezért egy mol szén (C) ionizációs energiája 6,782 × 10 ²⁴   eV.

Bibliográfia

• Több szerző. A fizika könyv. (2020). Spanyolország. Akal.
• Barrero González, F. Villamos energiarendszerek. (2004). Spanyolország. Auditorium kiadások.
• Sanchez, JL; Choren, E.; Arteaga, A. Bevezetés a nemzetközi mértékegységrendszerbe (SI). (2018, 3. kiadás. Kindle kiadás). Venezuela. Zuli Egyetem.
• Joule-elektronvolt átalakítási példa probléma . A mai tudomány. Elérhető a https://cienciadehoy.com/problema-de-ejemplo-de-conversion-de-joule-a-electron-voltios/ címen .