چرا به تبدیل ژول به eV نیاز داریم؟
ژول (J) واحد استاندارد انرژی است که برای پدیدههای روزمره (مثل انرژی جنبشی یک توپ) بسیار مناسب است. اما وقتی وارد دنیای ذرات زیراتمی میشویم، انرژیها به شدت کوچک میشوند (در حدود ۱۰ به توان منفی ۱۹).
کار کردن با اعدادی مثل 0.00000000000000000016 ژول بسیار دشوار و مستعد خطا است. به همین دلیل فیزیکدانان واحد الکترون ولت (eV) را تعریف کردند تا این انرژیهای کوچک را با اعدادی ملموس (مثل 1، 10 یا 100) بیان کنند.
فرمول تبدیل (ریاضی)
برای تبدیل انرژی از ژول به الکترون ولت، باید مقدار ژول را بر مقدار بار الکترون (که یک ثابت فیزیکی است) تقسیم کنید.
- E(eV): انرژی بر حسب الکترون ولت
- E(J): انرژی بر حسب ژول
- 1.602e-19: بار بنیادی الکترون (کولن)
مثالهای کاربردی
انرژی یونیزاسیون هیدروژن
انرژی لازم برای جدا کردن الکترون حدود 2.18 × 10-18 J است. تبدیل:
2.18e-18 / 1.6e-19 ≈ 13.6 eV
انرژی گرمایی اتاق
در دمای اتاق (kT)، انرژی جنبشی ذرات حدود 4.14 × 10-21 J است.
4.14e-21 / 1.6e-19 ≈ 0.025 eV
شکافت هستهای
انرژی آزاد شده از یک اتم اورانیوم حدود 3.2 × 10-11 J است.
3.2e-11 / 1.6e-19 ≈ 200 MeV
خطاهای رایج
- ✗عدم استفاده از پرانتز در ماشین حساب: هنگام تقسیم بر عددی با توان منفی (مثل 1.6e-19)، اگر از پرانتز استفاده نکنید، ماشین حساب ممکن است به اشتباه عدد را در توان ضرب کند. (البته این ابزار آنلاین این مشکل را حل کرده است).
- ✗گیج شدن با ژول/مول: در شیمی اغلب انرژی بر حسب "ژول بر مول" بیان میشود. برای تبدیل به "eV بر اتم"، باید ابتدا عدد را بر عدد آووگادرو تقسیم کنید تا ژول بر اتم به دست آید، سپس به eV تبدیل کنید.
سوالات متداول
چرا انرژی فوتون معمولاً با eV بیان میشود؟▼
زیرا انرژی فوتونهای نور مرئی و فرابنفش در محدوده ۱ تا ۱۰ eV قرار دارد که اعدادی ساده و قابل مقایسه با ترازهای انرژی الکترونی در اتمها هستند.
آیا eV واحد انرژی پتانسیل است یا جنبشی؟▼
eV واحد کلی انرژی است و میتواند برای هر نوع انرژی (جنبشی، پتانسیل، جرم-انرژی) استفاده شود.
چگونه عدد 1.6e-19 را حفظ کنیم؟▼
این عدد همان بار الکتریکی یک الکترون است. اگر بار الکترون را حفظ باشید (۱.۶ ضربدر ۱۰ به توان منفی ۱۹)، ضریب تبدیل را هم میدانید.