วิธีแปลงจูลเป็นอิเล็กตรอนโวลต์

ทั้งจูล (J) และอิเล็กตรอนโวลต์ (eV) เป็นหน่วยของพลังงาน ในการแปลงจากจูลเป็นอิเล็กตรอนโวลต์ สามารถใช้ค่าสมมูลระหว่างการวัดทั้งสองได้ ตัวอย่างเช่น 1 J = 6.241 507 649 ×10 ¹⁸  และ 1eV = 1.602 176 634 ×  10 ^-19

จูล (J) คืออะไร

จูล (J) เป็นหน่วยขนาดเล็กมากที่ใช้ในการวัดพลังงาน งาน และความร้อน มีชื่อนี้เพื่อเป็นเกียรติแก่นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ เจมส์ เพรสคอตต์ จูล ซึ่งเป็นหนึ่งในการอ้างอิงที่สำคัญที่สุดในอุณหพลศาสตร์

สามารถกำหนดได้ว่าเป็นงานที่ต้องทำเพื่อให้ได้  พลังงาน หนึ่งวัตต์หรือ วัตต์  (W) เป็นเวลาหนึ่งวินาที หรือวัตต์ต่อวินาที (W · s) วัตต์วัดกำลังและมีค่าเท่ากับ 1 จูลต่อวินาที (1 J/s) วัตต์ยังถูกกำหนดโดยสูตรkg⋅m²/s³ อีก ด้วย

ความเท่าเทียมกันอื่น ๆ ของจูลคือ:

• 1 J = 6.2415 × 10 ¹⁸  eV (อิเล็กตรอนโวลต์)
• 1 J = 1 CV (คูลอมบ์โวลต์)
• 1 J = 1 N m (นิวตันเมตร)
• 1 J = 0.238 แคลอรี่ (แคลอรี่)

จูลหลายเท่าคือ:

• 1 กิโลจูล (กิโลจูล) = 10 ³  J
• 1 MJ (เมกะจูล) = 10 ⁶  J
• 1 GJ (กิกะจูล) = 10 ⁹  J
• 1 TJ (เทราจูล) = 10 ¹²  J

โวลต์ (V) คืออะไร

โวลต์ (V) เรียกอีกอย่างว่า  โวลต์ หรือแรงดันไฟฟ้า เป็นมาตรวัดที่ใช้วัดความต่างศักย์ไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้า และแรงเคลื่อนไฟฟ้า ช่วยในการวัดแรงหรือแรงดันที่กระแสไฟฟ้าไหล ชื่อนี้ตั้งขึ้นเพื่อเป็นเกียรติแก่อเลสซานโดร โวลตา นักฟิสิกส์และนักเคมีชาวอิตาลี ผู้สร้างแบตเตอรี่โวลตาอิกเครื่องแรก

โวลต์ถูกกำหนดให้เป็นความต่างศักย์ระหว่างวัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า เมื่อกระแสไฟฟ้าหนึ่งแอมแปร์ (A) ใช้พลังงานหนึ่งวัตต์ (W) สามารถแสดงได้ดังนี้: 1 V = 1 W/A . แอมแปร์วัดความเข้มของกระแสไฟฟ้า วัตต์หรือวัตต์วัดพลังงานไฟฟ้าที่ผลิต

ตัวคูณของโวลต์คือ:

• 1 daV (เดคาโวลต์) = 10 ¹  V
• 1 hV (เฮกโตโวลต์) = 10 ²  V
• 1 kV (กิโลโวลต์) = 10 ³  V

ความเท่าเทียมกันของโวลต์กับการวัดอื่น ๆ ได้แก่ :

1 โวลต์ = 1 แอมแปร์ 1 โอห์ม

อิเลคตรอนโวลต์ (eV) คืออะไร

เมื่อจำเป็นต้องทำการคำนวณด้วยค่าพลังงานในระดับอะตอม จะใช้อิเลคตรอนโวลต์เป็นตัวอ้างอิง ซึ่งเป็นการวัดที่เล็กกว่าจูล อิเลคตรอนโวลต์ (eV) เป็นหน่วยของพลังงานที่แสดงการเปลี่ยนแปลงของพลังงานที่มีอยู่เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่จากจุดศักย์หนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง ในกรณีที่ความต่างศักย์ของสนามไฟฟ้าเท่ากับ 1 โวลต์

อิเลคตรอนโวลต์ยังสามารถกำหนดเป็นจำนวนรวมของพลังงานจลน์ที่อิเล็กตรอนได้รับเมื่อมันเคลื่อนที่ผ่านความต่างศักย์หนึ่งโวลต์

อิเล็กตรอนโวลต์เท่ากับ: 1.602 176 634 ×10 ⁻¹⁹  J

ตัวคูณของอิเล็กตรอนโวลต์คือ:

• 1 keV (กิโลอิเล็กตรอนโวลต์) = 10 ³  eV
• 1 MeV (เมกะอิเล็กตรอนโวลต์) = 10 ³  keV = 10 ⁶  eV
• 1 GeV (กิกะอิเล็กตรอนโวลต์) = 10 ³  MeV = 10 ⁹  eV
• 1 TeV (เทราอิเล็กตรอนโวลต์) = 10 ³  GeV = 10 ¹²  eV

การแปลงจูลเป็นอิเล็กตรอนโวลต์

ในการแปลงจากจูลเป็นอิเล็กตรอนโวลต์ เราต้องใช้ความสมมูลระหว่างอิเล็กตรอนโวลต์และจูลเป็นปัจจัยในการแปลง:

• 1 eV = 1.602 ×10 ^-19 เจ
• 1 J = 6.241 ×10 ¹⁸  eV

เมื่อคำนึงถึงสิ่งนี้ ปัญหาใด ๆ ที่ต้องแปลงระหว่างจูลและอิเล็กตรอนโวลต์สามารถแก้ไขได้ 

หนึ่งในปัญหาที่พบบ่อยที่สุดที่ต้องแปลงจากจูลเป็นอิเล็กตรอนโวลต์คือการคำนวณพลังงานไอออไนเซชันของธาตุ นี่คือพลังงานขั้นต่ำที่จำเป็นในการจับอิเล็กตรอนจากอะตอมที่เป็นกลางในสถานะที่เป็นก๊าซและเป็นมูลฐาน

ปัญหา 1

ถ้าพลังงานไอออไนเซชันของอะตอมไฮโดรเจน (H) เท่ากับ 2.195 ×10 ^-18  J พลังงานนี้มีค่าเท่ากับกี่อิเล็กตรอนโวลต์

ปัญหานี้สามารถแก้ไขได้ด้วยวิธีต่อไปนี้:

X [eV] = 2.195 ×10 ^-18  J × 1 eV / 1.602 ×10 ^-19  J 

X [eV] = 13.7 eV

ดังนั้นเราจึงได้พลังงานไอออไนเซชันของอะตอมไฮโดรเจนคือ 13.7 eV

ปัญหาที่ 2

ถ้าเรารู้ว่าพลังงานไอออไนเซชันของโมลของคาร์บอน (C) คือ 1,086.5 กิโลจูล เพื่อกำหนดความสมมูลในอิเล็กตรอนโวลต์ เราต้องทำสิ่งต่อไปนี้:

แปลงจาก กิโลจูล (kJ) เป็น จูล (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

ดังนั้น พลังงานไอออไนเซชันของคาร์บอน 1 โมล (C) คือ 6.782 ×10 ²⁴   eV

บรรณานุกรม

• ผู้เขียนหลายคน หนังสือฟิสิกส์ (2563). สเปน. เอแคล.
• Barrero González, F. ระบบพลังงานไฟฟ้า (2547). สเปน. ฉบับหอประชุม.
• ซานเชซ, เจแอล ; โชเรน อี.; Arteaga, A. รู้เบื้องต้นเกี่ยวกับระบบระหว่างประเทศ (SI) ของหน่วย (2018 ฉบับที่ 3 Kindle Edition) เวเนซุเอลา. มหาวิทยาลัยซูเลีย
• โจทย์ตัวอย่างการแปลงจูลเป็นอิเล็กตรอนโวลต์ วิทยาศาสตร์วันนี้. ดู ได้ที่https://cienciadehoy.com/problema-de-ejemplo-de-conversion-de-joule-a-electron-voltios/