ジュールを電子ボルトに変換する方法

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ジュール (J) とエレクトロンボルト (eV) はどちらもエネルギーの単位です。ジュールからエレクトロンボルトへの変換を行うには、両方の測定値の等価性を使用できます。例: 1 J = 6.241 507 649 ×10 18 および 1eV = 1.602 176 634 ×10 -19  。

ジュール(J)とは

ジュール (J) は、エネルギー、仕事、および熱を測定するために使用される非常に小さな単位です。熱力学の最も重要な参考文献の 1 つである英国の物理学者、ジェームズ プレスコット ジュールにちなんで名付けられました。

これは、1 ワットまたは 1ワット (W) の電力を 1 秒間生成するために必要な仕事 、またはワット秒 (W · s) として定義できます。ワットは電力を測定し、毎秒 1 ジュール (1 J/s) に相当します。ワットは、式kg⋅m²/s³によっても定義されます。

ジュールのその他の等価物は次のとおりです。

  • 1 J = 6.2415 × 10 18  eV (電子ボルト)
  • 1 J = 1 C V (クーロンボルト)
  • 1J=1N・m(ニュートンメートル)
  • 1J=0.238cal(カロリー)

ジュールの倍数は次のとおりです。

  • 1kJ(キロジュール)= 10 3J
  • 1MJ(メガジュール)=10 6  J
  • 1GJ(ギガジュール)=10 9  J
  • 1TJ(テラジュール)=10 12  J

ボルト(V)とは

ボルト (V) は、 ボルト または電圧とも呼ばれ、電位、電圧、および起電力を測定するために使用される尺度です。電気が流れる力や圧力を測定することができます。最初のボルタ電池の作成者であるイタリアの物理学者で化学者のアレッサンドロ・ボルタにちなんで名付けられました。

ボルトは、1 アンペア (A) の電流が 1 ワット (W) の電力を使用するときの導電性材料の電位差として定義されます。これは次のように表すことができます: 1 V = 1 W/A . アンペアは、電流の強さを測定します。ワットまたはワットは、生成される電気エネルギーを測定します。

ボルトの倍数は次のとおりです。

  • 1 daV (デカボルト) = 10 1  V
  • 1 hV (ヘクトボルト) = 10 2  V
  • 1 kV (キロボルト) = 10 3  V

ボルトと他の測定値との等価性は次のとおりです。

1 ボルト = 1 アンペア 1 オーム

電子ボルト(eV)とは

原子スケールのエネルギー値で計算する必要がある場合は、ジュールよりも小さい測定値である電子ボルトが基準として使用されます。エレクトロンボルト (eV) は、電界の電位差が 1 ボルトの場合に、電子が電位のある点から別の点に移動するときに存在するエネルギーの変化を表すエネルギーの単位です。

電子ボルトは、電子が 1 ボルトの電位差を移動するときに電子が得る運動エネルギーの総量として定義することもできます。

電子ボルトは 1.602 176 634 ×10 −19  Jに等しい。

電子ボルトの倍数は次のとおりです。

  • 1 keV (キロ電子ボルト) = 10 3  eV
  • 1 MeV (メガ電子ボルト) = 10 3  keV = 10 6  eV
  • 1 GeV (ギガ電子ボルト) = 10 3  MeV = 10 9  eV
  • 1 TeV (テラ電子ボルト) = 10 3  GeV = 10 12  eV

ジュールから電子ボルトへの変換

ジュールから電子ボルトに変換するには、変換係数として電子ボルトとジュールの等価性を使用するだけです。

  • 1 eV = 1.602 ×10 -19  J
  • 1 J = 6.241 ×10 18  eV

これを考慮に入れると、ジュールと電子ボルトの間の変換を行う必要がある問題は解決できます。 

ジュールから電子ボルトへの変換を必要とする最も一般的な問題の 1 つは、元素のイオン化エネルギーの計算です。これは、気体の基本状態で中性原子から電子を捕獲するために必要な最小エネルギーです。

問題1

水素 (H) 原子のイオン化エネルギーが 2.195 ×10 -18  J の場合、このエネルギーは何電子ボルトに相当しますか?

この問題は、次の方法で解決できます。

X [eV] = 2.195 ×10 -18  J × 1 eV / 1.602 ×10 -19  J 

X [eV] = 13.7 eV

したがって、水素原子のイオン化エネルギーは 13.7 eV であることがわかります。

問題2

1 モルの炭素 (C) のイオン化エネルギーが 1086.5 kJ であることがわかっている場合、電子ボルトでの等価性を決定するには、次のことを行う必要があります。

キロジュール (kJ) から ジュール (J) への変換: 

X[J]=1086.5kJ×103J /  1kJ=1086500J

X [eV] = 1 086 500 J × 1 eV / 1.602 × 10 -19  J

X [eV] = 6.782 ×10 24   eV

したがって、1 モルの炭素 (C) のイオン化エネルギーは 6.782 ×10 24   eV です。

参考文献

  • いくつかの著者。物理の本。(2020)。スペイン。アカル。
  • Barrero González、F.電力システム。(2004)。スペイン。オーディトリアム版。
  • サンチェス、JL。Choren、E。Arteaga、A.単位の国際システム(SI)の紹介。(2018年、第3版。Kindle版)。ベネズエラ。ズリア大学。
  • ジュールから電子ボルトへの変換例の問題。今日の科学。https://cienciadehoy.com/problema-de-ejemplo-de-conversion-de-joule-a-electron-voltios/で入手できます。
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Cecilia Martinez (B.S.)
Cecilia Martinez (Licenciada en Humanidades) - AUTORA. Redactora. Divulgadora cultural y científica.

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