Deelektronvolt (symbooleV) is eeneenheid vanenergie die vooral gebruikt wordt in dedeeltjesfysica, deatoomfysica en devastestoffysica. 1 eV is de energieverandering die een vrij deeltje met een lading 1e (deelementaire ladinge, gelijk aan de lading van een proton) ondervindt wanneer het in eenelektrisch veld een weg aflegt tussen twee punten die een onderlingpotentiaalverschil van 1V hebben. Deze hoeveelheid energie komt overeen met
De elektronvolt heeft dezelfde dimensie als dejoule maar wordt ook voor andere grootheden gebruikt door te combineren met bepaalde natuurconstanten.
Een elektronvolt is een zeer kleine hoeveelheid energie:
- 1 eV = 1,602 176 634 × 10−19J;
- 1 J = 6,241 509 074... × 1018 eV.
Devermenigvuldigingsfactoren uit hetSI-stelsel worden ook voor de elektronvolt gebruikt: men spreekt overkeV (kilo-elektronvolt, 1000 eV),MeV (mega-, 106),GeV (giga-, 109) enTeV (tera-, 1012).
In de deeltjesfysica wordt de energie van systemen en deeltjes meestal uitgedrukt in elektronvolt, omdat de joule uit het SI-stelsel voor microscopische hoeveelheden een onhandelbaar grote eenheid is. Ook in deatoomfysica en devastestoffysica gebruikt men de eenheid wel. De energieniveaus van atomen worden in deze eenheid uitgedrukt.
Dekinetische energie van een bewegend deeltje wordt ook meestal in elektronvolt uitgedrukt; voor een gegeven deeltje geeft dit indirect ook aan wat zijn snelheid is, bijvoorbeeld:
- eenneutron van 1 eV heeft een snelheid van 14 km/s
- een neutron van 1 MeV heeft een snelheid van 14 000 km/s
- eenalfadeeltje van 1 MeV heeft een snelheid van 7 000 km/s
- eenelektron van 1 eV heeft een snelheid van 600 km/s
De kinetische energie van deeltjes is ook wel een maat voor de "kracht" van eendeeltjesversneller.
Ook de energie perfoton vanelektromagnetische straling wordt soms uitgedrukt in elektronvolt. Deze is evenredig met defrequentie. Bij een frequentie van 240 THz is die 1 eV. Fotonen van zichtbaarlicht (ongeveer 400 – 800 THz) hebben dus een energie van enkele elektronvolts, voorröntgenstraling is dat 1 tot 100 keV, en voorgammastraling enkele tot vele MeV.
Bij halfgeleider-lichtbronnen alsleds is er een directe relatie tussen de energie van de uitgestraalde fotonen in eV en de spanningsval over het element. Een rode led heeft ongeveer 1,6 V nodig, een gele 2,4 V en een blauwe 3,6 V. Ook inbeeldbuizen is de "hardheid" van de (onbedoeld) opgewekte röntgenstraling evenredig met de versnelspanning (20 – 30 kV).
Net zoals de joule voor energie, is dekilogram een onhandig grote eenheid vanmassa voor microscopische hoeveelheden zoals deeltjes. Daarom gebruikt men voor massa's van atomen en atoomkernen deatomaire massa-eenheid (symbool: u of Da) en voorsubatomaire deeltjes de elektronvolt. Weliswaar is de eV een eenheid van energie, maar hij is ook geschikt als massa-eenheid, doordat de massam van een deeltje evenredig is met zijn inwendige energieE, volgens de relatieE =mc2 uit despeciale relativiteitstheorie. Hierin isc delichtsnelheid in vacuüm. Strikt genomen drukt men dan de massa uit in eV/c2.
Een elektronvolt is dus een zeer kleine hoeveelheid massa:
- 1 eV = 1,782 661 9 × 10−36 kg;
1 kg = 5,609 588 6 × 1035 eV.
In dit geval zorgen de voorvoegsels k-, M- en G- ervoor dat uiteenlopende massa's allemaal eenvoudig uitgedrukt kunnen worden. De massa van eenelektron is ongeveer 511 keV (0,511 MeV), die van eenproton 938 MeV en die van hetW-boson 80 GeV.
In denatuurkunde wordt soms ooktemperatuur uitgedrukt in elektronvolt, bijvoorbeeld in modellen over het vroegeheelal, uitgaande van de volgende relatie:
De energie van 1 eV (eigenlijk 1 eV/kB) correspondeert met een temperatuur van 11 604,505 K (11 331,518 °C). Kamertemperatuur (20 °C = 293 K) komt overeen met 0,025 eV.
Vooral in de kernfysica en de hoge-energiefysica is het gebruikelijk te werken metnatuurlijke eenheden, zoalsplanck-eenheden ofatoom-eenheden. De "natuurlijke" eenheden van massa, lengte, tijd en temperatuur worden daarbij zo gekozen dat deconstanten van Planck (h) en Boltzmann (k), en de lichtsnelheid (c), alle de getalswaarde 1 krijgen. Zo kunnen allerlei grootheden worden uitgedrukt in elektronvolt (vaker: MeV of GeV).
