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Das Elektronenvolt (Abkürzung eV) ist ein Einheit von Energie die hauptsächlich in der verwendet wird Teilchenphysik, das Atomphysik und der Festkörperphysik. Ein eV ist die Energieänderung, die ein freies Teilchen mit der Ladung 1e (de elementarladunge, gleich der Ladung eines Elektrons), wenn es sich in a . befindet elektrisches Feld fährt einen Weg zwischen zwei Punkten, die eine gegenseitige Potenzieller unterschied ab 1 Volt haben.

Das Elektronenvolt hat die gleiche Dimension wie das Joule wird aber auch für andere Größen durch Kombination mit bestimmten Naturkonstanten verwendet.

Das Elektronenvolt als Energieeinheit

Ein Elektronenvolt ist eine sehr kleine Energiemenge:

1 eV = 1,602 176 565 × 10⁻¹⁹J;

1 J = 6,241 509 6 × 10¹⁸ eV.

Das Multiplikationsfaktoren von dem SI-System werden auch für das Elektronenvolt verwendet: man spricht von keV (Kilo-Elektronenvolt, 1000 eV), MeV (Mega, 10⁶), GeV (Giga, 10⁹) und TeV (Tera-, 10¹²).

In der Teilchenphysik wird die Energie von Systemen und Teilchen meist in Elektronenvolt ausgedrückt, da das Joule aus dem SI-System für mikroskopische Größen eine unüberschaubar große Einheit ist. Auch in der Atomphysik und der Festkörperphysik das Gerät verwendet wird. Die Energieniveaus von Atomen werden in dieser Einheit ausgedrückt.

Das kinetische Energie eines sich bewegenden Teilchens wird normalerweise auch in Elektronenvolt ausgedrückt; für ein gegebenes Teilchen gibt dies auch indirekt seine Geschwindigkeit an, zum Beispiel:

• ein Neutron von 1 eV hat eine Geschwindigkeit von 14 km/s
• ein Neutron von 1 MeV hat eine Geschwindigkeit von 14.000 km/s
• ein Alphateilchen von 1 MeV hat eine Geschwindigkeit von 7.000 km/s
• ein Elektron von 1 eV hat eine Geschwindigkeit von 600 km/s

Die kinetische Energie von Teilchen ist auch ein Maß für die „Kraft“ von a Partikelbeschleuniger.

Auch die Energie pro Photon von elektromagnetische Strahlung wird manchmal in Elektronenvolt ausgedrückt. Dies ist proportional zu dem Frequenz. Bei einer Frequenz von 240 THz beträgt sie 1 eV. Photonen des sichtbaren Licht (ca. 400 - 800 THz) haben also eine Energie von wenigen Elektronenvolt, für röntgen ist das 1 bis 100 keV, und für gamma Strahlen wenige bis viele MeV.

Mit Halbleiterlichtquellen wie LEDs Es besteht ein direkter Zusammenhang zwischen der Energie der emittierten Photonen in eV und dem Spannungsabfall am Element. Eine rote LED benötigt ca. 1,6 V, eine gelbe 2,4 V und eine blaue 3,6 V. Auch in Bildröhren ist die "Härte" der (unbeabsichtigt) erzeugten Röntgenstrahlung proportional zur Beschleunigungsspannung (20 - 30 kV).

Das Elektronenvolt als Masseneinheit

Wie das Joule für Energie, die Kilogramm eine unhandlich große Einheit von Masse für mikroskopische Mengen wie Partikel. Deshalb verwendet man für Massen von Atomen und Atomkernen die atomare Masseneinheit (amu, symbol Sie) und für subatomare Partikel das Elektronenvolt. eV ist zwar eine Energieeinheit, eignet sich aber auch als Masseneinheit, da die Masse ich eines Teilchens ist proportional zu seiner inneren Energie E, nach der Beziehung E = mc² von dem spezielle Relativitätstheorie. Darin ist c das Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. Genau genommen wird die Masse dann in eV/c².

Ein Elektronenvolt ist also eine sehr kleine Masse:

1 eV = 1,782 661 9 × 10⁻³⁶ kg;
1kg = 5,609 588 8 × 10³⁵ eV.

In diesem Fall sorgen die Präfixe k-, M- und G- dafür, dass verschiedene Massen leicht ausgedrückt werden können. Die Masse von a Elektron beträgt etwa 511 keV (0.511 MeV), die von a Proton 938 MeV und die des W-Boson 80 GeV.

Das Elektronenvolt als Temperatureinheit

In dem Physik wird manchmal auch Temperatur ausgedrückt in Elektronenvolt, zum Beispiel im frühen Universum, unter der Annahme folgender Beziehung:

${Displaystil E=k_{B}cdot T}$

• E = Energie
• k_B = Boltzmann-Konstante
• t = Temperatur (k)

Die Energie von 1 eV (eigentlich 1 eV/k_B) entspricht einer Temperatur von 11.604.505 Kelvin (11.331,505 Grad Celsius). Raumtemperatur (20 °C = 293 K) entspricht 0,025 eV.

Natürliche Einheiten

Besonders in der Kern- und Hochenergiephysik ist es üblich, mit natürliche Einheiten, wie Planck-Einheiten oder Atomeinheiten. Die "natürlichen" Einheiten von Masse, Länge, Zeit und Temperatur sind so gewählt, dass die Planck-Konstanten (ha) und Boltzmann (k) und die Lichtgeschwindigkeit (c), erhalten alle den Zahlenwert 1. Zum Beispiel können alle Arten von Größen in Elektronenvolt (häufiger: MeV oder GeV) ausgedrückt werden.