ボルトから電子ボルト計算機

電子ボルト（eV）は、素粒子物理学、原子物理学、半導体工学で用いられる標準的なエネルギー単位です。真空中で電子 1 個がちょうど 1 ボルトの電位差で加速されたときに得る運動エネルギーとして定義されます。電子の素電荷は 1.602176634×10⁻¹⁹ クーロンなので、1 電子ボルトは 1.602176634×10⁻¹⁹ ジュールに相当します。 基本式は E = qV です。E はジュールで表したエネルギー、q はクーロンで表した粒子の電荷、V はボルトで表した電圧です。単一電子では q = e（素電荷）なので、ジュールでのエネルギーは常に電圧に 1.602176634×10⁻¹⁹ を掛けた値になります。重要なのは、電子ボルトで表したエネルギーの数値がボルトの数値と完全に一致することです。12 ボルトなら電子は 12 eV を得て、1 000 ボルトなら 1 000 eV（1 keV）になります。この 1 対 1 の対応こそが、電子ボルトを非常に実用的な単位にしている理由です。 原子・核科学で電子ボルトが好まれるのは、亜原子スケールではジュールが大きすぎるためです。可視光の 1 個の光子はおよそ 2〜3 eV、水素のイオン化エネルギーは 13.6 eV、典型的な X 線光子は 100〜100 000 eV、ガンマ線光子は 100 keV を超えます。現代の粒子加速器は陽子を数十億電子ボルト（GeV）、さらには数兆電子ボルト（TeV）まで加速します。これらをすべて 10⁻¹⁹ ジュールの倍数で表すのは扱いにくいでしょう。 半導体工学では、eV はバンドギャップ——価電子帯と伝導帯のエネルギー差——を表します。シリコンのバンドギャップは 1.12 eV、ガリウムヒ素は約 1.42 eV、窒化ガリウムはおよそ 3.4 eV です。これらの値は、材料が吸収または放出できる光の波長を決定するため、太陽電池、LED、レーザーダイオードの設計に不可欠です。順方向にバイアスした LED の点灯電圧は、おおむねそのバンドギャップの eV 値に等しくなります。 電子顕微鏡では、加速電圧がビームの分解能を決めます。100 kV の電子は、可視光より何桁も短いド・ブロイ波長を持つため、サブナノメートル撮像が可能です。質量分析計では、イオンの質量電荷比（m/z）が電子ボルトで表した加速電圧を基準に較正されます。したがって、ボルトと eV の関係を理解することは単なる単位変換ではなく、巨視的な電気工学量と個々の粒子の量子力学的挙動を結びつけることなのです。