Почему мы используем электрон-вольт?

Почему мы используем электрон-вольт ?

Почему он стал электрон-вольтом, а не, скажем, просто приставкой к джоулю, как наноджоуль?

Представляет ли электрон-вольт что-то особенное с точки зрения математики? Я предполагаю, что да, и если да, то что именно представляет электрон-вольт с точки зрения массы частицы, поскольку я видел, как он используется как для энергии фотона, так и для массы субатомных частиц?

По той же причине, по которой мы используем AU вместо метров в астрономии.
Это просто удобно: я работаю с флуорофорами и фотоникой, и электрон-вольт здесь удобная величина: грубо говоря, энергия оптического фотона (точнее, с длиной волны 1,24 мкм). Энергии связи в химии также имеют порядок электрон-вольт.
По той же причине мы используем 1 световой год вместо 9 460 730 472 580 800 метров.
Дополнительный вопрос: почему мы используем ТэВ вместо мкДж? 13 ТэВ составляет всего около 2 мкДж:P
Я не покупаю аргумент порядка величины. Префиксы СИ существуют не просто так; 1 эВ = 0,16 аДж = 160 зДж, 100 эВ = 16 аДж. Выражение «аттоджоуль» такое же короткое, как «электрон-вольт». Облако Оорта находится примерно в 15 часов дня, следующая звезда — примерно в 50 часов дня. Диаметр Малого Пути составляет ~1 зм. Наблюдаемая Вселенная имеет диаметр ~865 YM, что вовсе не является непрактично большим числом, о котором можно говорить). Все сводится к тому, к чему привыкло сообщество, поэтому у нас есть волновые числа в с м − 1 , длины в Å и т.д.
Я считаю, что это один из тех случаев, когда всплывает человечность науки. Люди отлично разбираются в небольших числах: от 1 до 10 особенно сильно укоренились, например, из-за наших пальцев. Мы можем интеллектуально манипулировать произвольно большими или малыми величинами, но для быстрого осмысления их легче масштабировать до чего-то, что мы можем уловить. Отсюда такие единицы, как ангстремы, eV и (в прежние времена) агрегированные единицы, такие как ярды --> мили --> лиги, пинты> галлоны и т. д. Это забавный мысленный инопланетяне сделают это!
Что меня раздражает в eV, так это то, что он не написан как е V. Тогда можно было бы просто с помощью алгебры сказать:
1 е В знак равно 1,60 × 10 − 19   резюме знак равно 1,60 × 10 − 19   Дж .
Ответ прост. эВ — натуральная единица. Мы не были достаточно продвинуты при разработке СИ, чтобы выбрать самую основную натуральную единицу. Жаль, что СИ как есть теперь стало традицией. Это история.

Ответы (5)

Электрон-вольт — удобная единица измерения энергии, когда речь идет об электронах, перемещающихся между точками с разными потенциалами. Удобство заключалось в том, что числовые значения были близки или больше единицы. 1 е В знак равно 1,6 × 10 − 19 Дж . Впервые он был использован в 1930-х годах.

Так что, возможно, лучше «чувствовать» разницу между 1 и 100 эВ, чем 1,6 × 10 − 19 Дж а также 1,6 × 10 − 17 Дж а значение в электрон-вольтах написать проще.
Энергетические уровни электронов удобно выражать в электрон-вольтах, тогда как уровни ядерной энергии в МэВ демонстрируют явную разницу в масштабе.

Тогда использование eV/c² с соответствующим префиксом в качестве единицы массы также становится удобным; например, масса электрона равна 500 кэВ/c², а масса протона равна 1 ГэВ/c².

Это не единица СИ, но она сохранена не только потому, что она была удобной, но и до сих пор широко используется в научном сообществе.

Это тот же самый аргумент, почему мы используем мили на галлон и мили в час в США/Великобритании - условность и знакомство порождают удобство и интуицию. Но я не думаю, что мы должны ошибаться, думая, что это качество единицы: это качество людей. Помнится, как только я по-настоящему понял атом ~= ангстрем = 0,1нм, стали на свои места всякие относительные шкалы, диаметр ячеек в атомах, ширина провода на ИС.

Обращение только к тому, почему оно используется/полезно в науке сегодня, а не к тому, почему или как оно появилось.

Другие ответы, похоже, приходят с точки зрения физика элементарных частиц; для химика тоже удобен электронвольт:

Обратите внимание, что это диапазоны «порядка величины».

+1 Мне нравится этот ответ, я думаю, что здесь полезно иметь химика pov :-) (Кстати: я написал свой ответ от pov физики элементарных частиц, потому что OP использовал тег particle-physics, так что я предположил, что они больше всего заинтересованы в этой ветке , но твой ответ тоже полезен, по крайней мере для меня)
-1 Вы так говорите, будто это совпадения. Каждый из этих процессов является физическим процессом. Те самые, с которыми имеет дело Физик. Причина того, что все эти процессы находятся в диапазоне эВ, заключается в том, что все они связаны с электронами, И мы определили вольт из химического процесса.
@ Арон Нет, не знает. Возможно, это просто то, что вы проецируете в ответ? Электронвольты удобны, вот и все.
@Luaan Нет, у Арона есть сильная сторона. Нет естественной шкалы напряжения: электронвольт равен ( е / 1 С ) Дж , а определение кулона произвольно. Так случилось, что вольт СИ был выбран по порядку величины на выходе ячеек Даниэля и Кларка, которые производят постоянное напряжение, возникающее в результате химических процессов. Это означает, что первая точка пентана не является совпадением — это причина, по которой мы выбрали вольт при такой величине для начала.
@EmilioPisanty Я согласен с тем, что ответ может быть полезен, если включить эту соответствующую информацию. Но суть пентана все же в том, что он удобен для химии. Конечно, это следует из того, что первые интересные батареи были химическими батареями, но это просто исторические мелочи, важные для физиков элементарных частиц, но не для химиков, где это просто довольно удобная единица именно потому, что химия в основном связана со связанными электронами, особенно с самыми внешними электронами. которые не слишком защищены. В метре нет ничего естественного, Ви не особенный.
@EmilioPisanty «самый высокий потенциал ионизации нейтральных частиц составляет <1 эВ», какой у вас источник? Если я не ошибаюсь, это и это первая энергия ионизации между 5-25 эВ. Энергии второй или третьей ионизации, конечно, были бы выше.
Относительно других комментариев: я хотел обратиться только к вопросу «какая польза от eV или где она проявляется в современной науке?» (первый вопрос ОП), а не «почему существует единица eV и откуда она взялась» (дух второго вопроса ОП). Я надеюсь, что мой ответ был полезен при ответе на вопрос № 1 и не ввел в заблуждение относительно ответа на вопрос № 2. Конечно, не случайно эти процессы находятся в диапазоне 1—100 эВ. Если бы кто-то предоставил другой ответ, касающийся того, почему устройство было создано с исторической/химической точки зрения, я был бы рад проголосовать за него.
@pentane извиняюсь, это я был глуп. Мой мозг сказал <1 hartree, и я просто ошибся. В любом случае энергия первой ионизации не приближается к 100 эВ.
Что касается совпадения/несовпадения, было бы хорошо, если бы вы хотя бы указали, что это не совпадение. Это видный ответ на вопрос HNQ, и он создает неправильное впечатление, что результаты, которые он заявляет, являются случайными. Более того, это имеет прямое отношение к заглавному вопросу — мы используем электронвольт для химии, потому что химия определяет вольт.

«Исторически электронвольт был разработан как стандартная единица измерения из-за его полезности в науках об электростатических ускорителях частиц, потому что частица с зарядом д имеет энергию Е знак равно д В после прохождения потенциала В ; если д выражается в целых единицах элементарного заряда и конечного смещения в вольтах, получается энергия в эВ»
.

Далее, вам придется признать, что энергии, записанные как Икс ⋅ 10 − 19 Дж не самые полезные числа для работы. Использование произвольной стандартной величины (например, ангстрем) в качестве сравнения для получения чисел, которые на самом деле что-то для нас значат и которые облегчают нам разговор о них, — весьма распространенный обычай в физике.

Я думаю, это действительно потому, что люди начали измерять массы частиц в ускорителях, в которых изначально большая часть ускорения осуществлялась за счет электрических полей, что делало эту шкалу довольно «естественной». Предоставление масс в энергиях, я думаю, в основном связано с Эйнштейном и тем фактом, что массы снова стали бы довольно неприятными числами - и использование второго произвольного стандарта (например, массы протона), вероятно, казалось менее привлекательным, чем возможность говорить обо всем с помощью одного «стандартный заказ».
Хорошо, да, кажется, я понимаю, что вы имеете в виду.
Кто-нибудь действительно выписывает 10^-19J? (Да, делают - так почему же?) Почему бы не использовать префиксы, как все остальные? 1aJ, 100zJ ... ? Кроме условностей, конечно.
Вот почему физики иногда используют естественные единицы (например, единицы Планка). Делать расчеты с ними намного проще, потому что многие константы исчезают .
@Sanya Почему частица имеет такое количество энергии при движении через электрическое поле? Пренебрегают гравитацией?

Это просто условность, и не особенно удобная. В физике элементарных частиц мы почти никогда не используем е В ; гораздо чаще используется М е В , грамм е В или даже Т е В . Электронновольтная шкала не является естественной шкалой для физики элементарных частиц: типичные энергии как минимум в миллион раз выше этой (за исключением нейтрино). Мы используем его по историческим причинам, но, я думаю, вы согласитесь, что джоули более удобны: электронвольт несколько ближе к массе протона, чем джоуль ( м п ∼ 10 − 10   Дж ∼ 10 9   е В ).

Возможно, мне следует добавить, что в физике твердого тела электронвольты иногда являются естественной шкалой.

@BenjaminRogers-Newsome Добро пожаловать, конечно. Естественный масштаб означает, что вы используете единицы измерения, которые, так сказать, «имеют смысл». Например, нет смысла измерять массу человека в тоннах, потому что масса обычно измеряется в килограммах. Нет смысла использовать микрограммы по той же причине: вы используете единицы, которые очень далеки от масштаба, который вы хотите измерить.
Я думаю, что большая часть этого упускает суть. Я почти уверен, что вопрос не в том, «Почему люди используют эВ вместо МэВ, ГэВ и т. д.?» но «Почему люди используют электрон-вольт в качестве базовой единицы вместо джоуля?»
@DavidRicherby да, и мой ответ на этот вопрос: «в физике элементарных частиц по историческим причинам. В физике элементарных частиц электронвольты бесполезны, а просто обычны». В других разделах физики электронвольты имеют смысл, а в физике элементарных частиц их нет: они не очень удобны. (OP спросил об eV в контексте физики элементарных частиц, поэтому я не думаю, что я упускаю суть...)

Первоначально эВ могло быть подходящей единицей для энергии электронов, которую использовали люди, проводившие эксперименты с катодными трубками. В этих экспериментах катод испускал электроны, если имелось смещение катод-анод. Кратность эВ — правильная единица измерения, если вы занимаетесь физикой ускорителей. МэВ, ГэВ, ТэВ выбраны потому, что они также ближе всего по порядку величины к энергиям электронов в этих ускорителях. Таким образом, как правило, выбирают единицу, наиболее близкую к порядку величины энергии в интересующем типе физического явления.

Например, если вы занимаетесь переносом электронов в наноструктурах (таких как углеродные нанотрубки), вы можете использовать мэВ для энергий, нм для расстояний и фс для времени. Если вас интересует зонная структура твердых тел, лучше всего подойдет единица измерения в эВ, поскольку ширина запрещенной зоны для изоляторов обычно составляет несколько эВ.

С другой стороны, если вы занимаетесь инженерией и работаете в основном с макроскопическими объектами, вы будете работать с единицами СИ.

Я думаю, что это упускает суть. Я почти уверен, что вопрос не в том, «Почему люди используют эВ вместо МэВ, ГэВ и т. д.?» но «Почему люди используют электрон-вольт в качестве базовой единицы вместо джоуля?»
@DavidRicherby Я думаю, что это действительно та же причина. Вы бы использовали J, если бы изучали такие проблемы, как баллистика пистолетов. Кинетическая энергия пули будет в пределах 10-100 Дж.
Почему мы используем электрон-вольт?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v