Калькулятор из вольт в электронвольты
Мгновенно переводите напряжение в электронвольты (eV) и джоули для физики, электроники и квантовой механики.
Введите напряжение в вольтах, чтобы увидеть эквивалентную энергию в электронвольтах и джоулях. Числовое значение eV равно напряжению в V.
Калькулятор из вольт в электронвольты
Мгновенно переводите напряжение в электронвольты (eV) и джоули для физики, электроники и квантовой механики.
О калькуляторе из вольт в электронвольты
Электронвольт (eV) — стандартная единица энергии, используемая в физике частиц, атомной физике и полупроводниковой технике. Он определяется как кинетическая энергия, которую приобретает один электрон при ускорении в вакууме через разность электрических потенциалов ровно в один вольт. Поскольку элементарный заряд электрона равен 1.602176634×10⁻¹⁹ кулона, один электронвольт равен 1.602176634×10⁻¹⁹ джоуля.
Определяющее уравнение: E = qV, где E — энергия в джоулях, q — заряд частицы в кулонах, а V — напряжение в вольтах. Для одного электрона q = e (элементарный заряд), поэтому энергия в джоулях всегда равна напряжению, умноженному на 1.602176634×10⁻¹⁹. Важно, что числовое значение энергии в электронвольтах идентично напряжению в вольтах — 12 вольт разгоняют электрон до 12 eV, а 1 000 вольт дают 1 000 eV (1 keV). Именно такое взаимно-однозначное соответствие делает электронвольт столь удобной единицей.
В атомной и ядерной физике электронвольты предпочтительнее, потому что джоули слишком велики для субатомных масштабов. Один фотон видимого света несёт лишь около 2–3 eV, энергия ионизации водорода равна 13.6 eV, типичный рентгеновский фотон имеет 100–100 000 eV, а гамма-фотоны превышают 100 keV. С другой стороны, современные ускорители разгоняют протоны до миллиардов электронвольт (GeV) и даже триллионов (TeV). Все эти числа были бы громоздкими, если выражать их в множителях 10⁻¹⁹ джоулей.
В полупроводниковой технике eV описывает запрещённую зону — разницу энергии между валентной зоной и зоной проводимости материала. У кремния ширина запрещённой зоны составляет 1.12 eV, у арсенида галлия около 1.42 eV, а у нитрида галлия — примерно 3.4 eV. Эти значения определяют, какие длины волн материал может поглощать или излучать, поэтому они критичны при проектировании солнечных элементов, светодиодов и лазерных диодов. Напряжение включения светодиода при прямом смещении примерно равно его запрещённой зоне в eV.
В электронных микроскопах ускоряющее напряжение определяет разрешение пучка. Электрон с энергией 100 kV имеет длину волны де Бройля на многие порядки меньше видимого света, что позволяет получать изображения в субнанометровом масштабе. В масс-спектрометрах отношение массы к заряду иона (m/z) калибруют по ускоряющему напряжению, выраженному в электронвольтах. Поэтому понимание связи вольт–eV — это не просто перевод единиц, а связь между макроскопическими величинами электротехники и квантовомеханическим поведением отдельных частиц.
Примеры перевода вольт в электронвольты
Распространённые напряжения и их эквивалентная энергия в электронвольтах и джоулях.
| Напряжение | Энергия (eV) | Энергия (J) |
|---|---|---|
| 1.5 V (AA-батарейка) | 1.5 eV | 2.40×10⁻¹⁹ J — энергия одного электрона, ускоренного новой AA-батарейкой. |
| 12 V (автомобильный аккумулятор) | 12 eV | 1.92×10⁻¹⁸ J — типичный потенциал свинцово-кислотного автомобильного аккумулятора. |
| 120 V (домашняя розетка) | 120 eV | 1.92×10⁻¹⁷ J — напряжение бытовой сети в Северной Америке. |
| 1 000 V (киловольт) | 1 000 eV = 1 keV | 1.60×10⁻¹⁶ J — используется в рентгеновских трубках и высоковольтной электронике. |
Как пользоваться калькулятором из вольт в электронвольты
- Введите значение напряжения в поле Напряжение (V). Поддерживаются десятичные числа и научная запись.
- Нажмите Рассчитать, чтобы увидеть эквивалентную энергию в электронвольтах (eV) и джоулях (J).
- Учтите, что числовое значение в eV совпадает с напряжением — 5 V всегда равно 5 eV для частицы с одним зарядом.
- Используйте кнопки примеров под калькулятором, чтобы подставить типичные значения, например AA-батарейку (1.5 V) или автомобильный аккумулятор (12 V).
- Нажмите Сбросить, чтобы очистить поле и начать новый расчёт.
Часто задаваемые вопросы о калькуляторе из вольт в электронвольты
Сколько джоулей в одном электронвольте?
Один электронвольт точно равен 1.602176634×10⁻¹⁹ джоуля — это энергия, которую приобретает один электрон при ускорении через разность потенциалов в один вольт. Эта константа закреплена как точное значение после переопределения СИ в 2019 году.
Почему энергия в eV численно равна напряжению?
По определению 1 eV — это энергия, приобретаемая одним элементарным зарядом (e) при прохождении через 1 вольт. Из формулы E = qV следует, что при q = 1e энергия в джоулях равна V × e. Если разделить её на e для перевода в eV, получится просто V. Поэтому 50 вольт всегда дают 50 eV для частицы с одним зарядом, независимо от её массы.
Меняется ли формула для частиц с зарядом, отличным от 1?
Да. Для частицы с зарядовым числом z (например, z = 2 для альфа-частицы) приобретённая энергия равна z × V электронвольт. Дважды ионизированный атом гелия, ускоренный через 100 V, получает 200 eV. Этот калькулятор предполагает частицы с одним зарядом (z = 1); для других зарядовых состояний умножьте результат на z.
В чём разница между электронвольтами и вольтами?
Вольты измеряют разность электрических потенциалов (свойство поля), а электронвольты измеряют энергию (свойство частицы). Они связаны, но это разные физические величины. Нельзя сложить 5 V и 3 eV, потому что у них разные размерности; можно лишь сказать, что потенциал 5 V сообщит частице с одним зарядом 5 eV кинетической энергии.
Как электронвольты используются в запрещённых зонах полупроводников?
Запрещённая зона полупроводника — это минимальная энергия фотона, необходимая для возбуждения электрона из валентной зоны в зону проводимости. Запрещённая зона кремния 1.12 eV означает, что нужен фотон не менее 1.12 eV. Это соответствует длине волны около 1 100 nm (ближний ИК), поэтому кремниевые солнечные элементы могут поглощать ближний ИК, но не более длинные волны.
Можно ли использовать этот калькулятор для протонов или других ионов?
Да; для однозарядных ионов (z = 1) результат такой же, как для электронов. Для многозарядных ионов, например Ca²⁺ (z = 2), удвойте отображаемое значение eV. Результат в джоулях тоже нужно умножить на z, поскольку E (J) = z × e × V.