Calculadora de volt para elétron-volts
Converta tensão em elétron-volts (eV) e joules instantaneamente para física, eletrônica e mecânica quântica.
Digite uma tensão em volts para ver a energia equivalente em elétron-volts e joules. O valor numérico de eV é igual à tensão em V.
Calculadora de volt para elétron-volts
Converta tensão em elétron-volts (eV) e joules instantaneamente para física, eletrônica e mecânica quântica.
Sobre a calculadora de volt para elétron-volts
O elétron-volt (eV) é a unidade padrão de energia usada em física de partículas, física atômica e engenharia de semicondutores. Ele é definido como a quantidade de energia cinética ganha por um único elétron quando acelerado através de uma diferença de potencial elétrico de exatamente um volt no vácuo. Como a carga elementar do elétron é 1.602176634×10⁻¹⁹ coulombs, um elétron-volt equivale a 1.602176634×10⁻¹⁹ joules.
A equação definidora é E = qV, onde E é a energia em joules, q é a carga da partícula em coulombs e V é a tensão em volts. Para um único elétron, q = e (a carga elementar), então a energia em joules é sempre a tensão multiplicada por 1.602176634×10⁻¹⁹. O ponto crucial é que o valor numérico da energia em elétron-volts é idêntico à tensão em volts — 12 volts aceleram um elétron a 12 eV, e 1 000 volts dão a ele 1 000 eV (1 keV). Esse mapeamento um-para-um é o que torna o elétron-volt uma unidade tão prática.
Elétron-volts são preferidos nas ciências atômica e nuclear porque joules são uma unidade inconvenientemente grande em escalas subatômicas. Um único fóton de luz visível carrega apenas cerca de 2–3 eV, a energia de ionização do hidrogênio é 13.6 eV, um fóton típico de raio X carrega de 100 a 100 000 eV, e fótons gama ultrapassam 100 keV. No outro extremo, aceleradores modernos levam prótons a bilhões de elétron-volts (GeV) e até trilhões (TeV). Todos esses números seriam pouco práticos como múltiplos de 10⁻¹⁹ joules.
Na engenharia de semicondutores, eV descreve band gaps — a diferença de energia entre a banda de valência e a banda de condução de um material. O silício tem band gap de 1.12 eV, o arseneto de gálio cerca de 1.42 eV e o nitreto de gálio aproximadamente 3.4 eV. Esses valores determinam quais comprimentos de onda a matéria pode absorver ou emitir, sendo essenciais no projeto de células solares, LEDs e diodos laser. A tensão em que um LED polarizado diretamente entra em condução é aproximadamente igual ao seu band gap em eV.
Em microscópios eletrônicos, a tensão de aceleração determina a resolução do feixe. Um elétron de 100 kV tem comprimento de onda de de Broglie ordens de grandeza menor que a luz visível, permitindo imagens subnanométricas. Em espectrômetros de massa, a razão massa/carga de um íon (m/z) é calibrada em relação à tensão de aceleração em elétron-volts. Entender a relação volt-eV, portanto, não é apenas um exercício de conversão de unidades — ela conecta grandezas macroscópicas da engenharia elétrica ao comportamento mecânico-quântico de partículas individuais.
Exemplos de conversão de volt para elétron-volt
Tensões comuns e suas energias equivalentes em elétron-volts e joules.
| Tensão | Energia (eV) | Energia (J) |
|---|---|---|
| 1.5 V (pilha AA) | 1.5 eV | 2.40×10⁻¹⁹ J — energia de um único elétron acelerado por uma pilha AA nova. |
| 12 V (bateria de carro) | 12 eV | 1.92×10⁻¹⁸ J — potencial típico de uma bateria automotiva chumbo-ácido. |
| 120 V (tomada residencial) | 120 eV | 1.92×10⁻¹⁷ J — tensão da rede residencial norte-americana. |
| 1 000 V (quilovolt) | 1 000 eV = 1 keV | 1.60×10⁻¹⁶ J — usado em tubos de raios X e eletrônica de alta tensão. |
Como usar a calculadora de volt para elétron-volt
- Digite o valor da tensão no campo Tensão (V). Valores decimais e em notação científica são aceitos.
- Clique em Calcular para ver a energia equivalente em elétron-volts (eV) e em joules (J).
- Observe que o valor numérico em eV é idêntico à tensão — 5 V sempre equivalem a 5 eV para uma partícula com carga simples.
- Use os botões de exemplo abaixo da calculadora para carregar tensões comuns, como uma pilha AA (1.5 V) ou uma bateria de carro (12 V).
- Clique em Redefinir para limpar o campo e iniciar um novo cálculo.
Perguntas frequentes sobre a calculadora de volt para elétron-volt
Quanto vale um elétron-volt em joules?
Um elétron-volt equivale exatamente a 1.602176634×10⁻¹⁹ joules, que é a energia ganha por um único elétron ao ser acelerado por uma diferença de potencial de um volt. Essa constante foi fixada como valor exato pela redefinição do SI de 2019.
Por que a energia em eV é numericamente igual à tensão?
Por definição, 1 eV é a energia adquirida por uma carga elementar (e) através de 1 volt. A fórmula E = qV significa que, para q = 1e, a energia em joules é V × e. Ao dividir por e para converter para eV, obtemos simplesmente V. Assim, 50 volts sempre produzem 50 eV para uma partícula com carga simples, independentemente da massa da partícula.
A fórmula muda para partículas com carga diferente de 1?
Sim. Para uma partícula com número de carga z (por exemplo, z = 2 para uma partícula alfa), a energia ganha é z × V elétron-volts. Um átomo de hélio duplamente ionizado acelerado por 100 V ganha 200 eV. Esta calculadora assume partículas com carga simples (z = 1); multiplique o resultado por z para outros estados de carga.
Qual é a diferença entre elétron-volts e volts?
Volts medem a diferença de potencial elétrico (uma propriedade do campo), enquanto elétron-volts medem energia (uma propriedade da partícula). Eles são relacionados, mas diferentes. Não é possível somar 5 V com 3 eV porque têm dimensões físicas distintas; só faz sentido dizer que um potencial de 5 V fornece 5 eV de energia cinética a uma partícula com carga simples.
Como elétron-volts são usados em band gaps de semicondutores?
O band gap de um semicondutor é a energia mínima de fóton necessária para excitar um elétron da banda de valência para a banda de condução. O band gap do silício de 1.12 eV significa que é necessário um fóton com pelo menos 1.12 eV. Isso corresponde a um comprimento de onda de cerca de 1 100 nm (infravermelho próximo), razão pela qual células solares de silício podem aproveitar o IR próximo, mas não comprimentos de onda maiores.
Posso usar esta calculadora para prótons ou outros íons?
Sim; para íons com carga simples (z = 1), o resultado é o mesmo que para elétrons. Para íons com carga múltipla, como Ca²⁺ (z = 2), dobre o valor em eV exibido. O resultado em joules também deve ser multiplicado por z, pois E (J) = z × e × V.