Électronvolt

Modèle:Redirect2 En physique et en chimie, l'électronvolt ou électron-volt (au pluriel électronvolts ou électrons-volts)<ref>La graphie avec un trait d’union est celle de l’Académie française (électron-volt), mais elle accepte également la graphie électronvolt selon les recommandations proposées par le Conseil supérieur de la langue française. – [règle §1] Soudure des mots composés). Cette dernière forme est celle retenue par le Bureau international des poids et mesures (BIPM, page 33), par les normes ISO 80000, par les normes AFNOR et par les décrets Modèle:N°75-1200 (23 décembre 1975, page 13223) et 2003-165 (27 février 2003, page 3642).</ref>, de symbole Modèle:Unité, est une unité de mesure d'énergie et par ellipse, dans certaines branches de la physique, d'autres grandeurs physiques comme la masse et la température.

Définition et usages

La valeur de l’électronvolt est définie comme étant l'énergie cinétique acquise par un électron accéléré depuis le repos par une différence de potentiel d'un volt : Modèle:Unité = (Modèle:Unité) × (Modèle:Unité), où e désigne la valeur absolue de la charge électrique de l'électron (ou charge élémentaire). Un électronvolt est égal à<ref>Modèle:Ouvrage.</ref> :

1 eV = Modèle:Unité.

C'est une unité hors Système international d'unités (SI), mais son usage est accepté avec lui. Sa valeur est obtenue expérimentalement.

<math>1\;\mathrm{eV}=\sqrt{\frac{2h\alpha}{\mu_0c}}\;\mathrm{J/C}</math>

où :

h = Modèle:Unité est la constante de Planck ;

α = Modèle:Unité (sans dimension) est la constante de structure fine ;

μ₀ = Modèle:Unité est la perméabilité magnétique du vide ;

c = Modèle:Unité est la vitesse de la lumière dans le vide ;

J est le symbole du joule ;

C est le symbole du coulomb.

On utilise l'électronvolt notamment en physique des particules pour exprimer les niveaux d'énergie rencontrés dans les accélérateurs de particules et la fusion thermonucléaire, en physique des semi-conducteurs pour exprimer le gap de ceux-ci ou en physique des plasmas :

Sous-multiple et multiples usuels :

• 1 meV = Modèle:Nb = Modèle:Unité
• 1 keV = Modèle:Nb = Modèle:Unité
• 1 MeV = Modèle:Nb = Modèle:Unité
• 1 GeV = Modèle:Nb = Modèle:Unité
• 1 TeV = Modèle:Nb = Modèle:Unité

Autres multiples :

• 1 PeV = Modèle:Nb = Modèle:Unité
• 1 EeV = Modèle:Nb = Modèle:Unité
• 1 ZeV = Modèle:Nb = Modèle:Unité
• 1 YeV = Modèle:Nb = Modèle:Unité = Modèle:Unité
• 1 ReV = Modèle:Nb = Modèle:Unité = Modèle:Unité
• 1 QeV = Modèle:Nb = Modèle:Unité = Modèle:Unité

Dans certains documents relativement anciens, on peut voir la notation « BeV », pour Modèle:Traduction : le BeV équivaut au GeV (gigaélectronvolt).

En chimie, certaines mesures d'énergie spécifiques, en particulier le potentiel électrochimique, le potentiel d'extraction des éléments, l'énergie d'ionisation des atomes gazeux ou autres molécules en atomistique, l'énergie thermique des molécules, sont assez souvent exprimées en Modèle:Nb<ref group=note>Le potentiel d'extraction des éléments concerne une mesure d'énergie de cohésion caractéristique des corps simples minéraux, à structure cristalline ou polycristalline. Des atomes, groupes ou plans atomiques peuvent être arrachés lors de mesures de spectrométrie UV sous vide. Les potentiels d'électrode normaux, par exemple en solution aqueuse à Modèle:Nb, en électrochimie sont l'équivalent de forces électromotrices cellulaires ou de tensions caractéristiques de réactions redox exprimées en volts. Toutefois une tradition anglo-saxonne les assimile à une énergie exprimée en eV</ref>.

1 eV = Modèle:Unité ou Modèle:Unité

Substitution d'autres unités par l'électronvolt

Unité de masse

De la relation d'Einstein <math>E=m\,c^2</math>, on déduit :

<math>\frac{1\;\mathrm{eV}}{c^2}=\rm \frac {1{,}602\,176\,634 \times 10^{-19}\; J} {(299\,792\,458\; m/s)^2} = 1{,}783 \times 10^{-36} \; J \; s^2 \; m^{-2} = 1{,}783 \times 10^{-36} \; kg</math>

Par exemple, la masse de l'électron est de Modèle:Nb/c², celle du proton de Modèle:Nb/c² et celle du neutron est de Modèle:Nb/c²<ref>Modèle:Ouvrage.</ref>.

Dans le système d'unités naturelles souvent utilisé par les physiciens des particules, dans lequel on pose c = 1, on omet d'écrire le « /c² ».

Unité de quantité de mouvement

Suivant le raisonnement précédent, on peut également utiliser l'électronvolt comme unité de quantité de mouvement, en eV/c. Là encore, le système d'unités naturelles permet d'écrire directement cette quantité de mouvement en Modèle:Nb, soit en général en Modèle:Nb ou en Modèle:Nb.

Unité de température

Dans certains domaines, comme la physique des plasmas, il peut être pratique d'utiliser l'électronvolt comme unité de température. Pour effectuer la conversion, on utilise la constante de Boltzmann k_B.

<math>\frac {1 \; \mathrm{eV}} {k_\mathrm B} = \rm \frac{1{,}602\,176\,634 \times 10^{-19} \; J}{1{,}380\,649 \times 10^{-23} \; J/K} = 11\,605 \; K</math>

Par exemple, une température typique de plasma dans une fusion par confinement magnétique est de Modèle:Nb, soit Modèle:Nb (mégakelvins). La température ambiante (~Modèle:Tmp) correspond à 1/40 d'électronvolt (Modèle:Nb).

Unité de temps

Il arrive également que l'on mesure une durée très brève en électronvolts. En effet, d'après la relation de Heisenberg, <math>\Delta E \cdot \Delta t \ {\ge} \ \frac{\hbar}{2}</math>, on peut faire correspondre un temps à une énergie, et lorsque cette durée est très petite (inférieure à l'attoseconde, soit Modèle:Unité), la mesure est moins significative aux yeux de l'observateur exprimée en secondes qu'en eV. La conversion s'effectue par :

<math> \frac{\hbar}{2} \rm \frac{1}{eV} = \frac {1{,}054\,571\,818 \times 10^{-34}\; J \; s}{2 \times 1{,}602\,176\,634 \times 10^{-19} \;J} = 3{,}291\,059\,784 \times 10^{-16} \; s</math>

On rencontre de telles durées notamment dans les demi-vies de noyaux exotiques. Par exemple, la demi-vie du ⁸C est de Modèle:Unité, soit Modèle:Unité.

Par souci de commodité, il est fréquent d'omettre le facteur 2 dans les calculs impliquant plusieurs unités. Ainsi, la conversion devient ħ/eV = Modèle:Unité

Unité de longueur

Il arrive également que l'on mesure l'énergie des photons en électronvolts.

<math>E = \frac{h c}{\lambda}</math> soit : <math>\lambda = \frac{h c}{E}</math>

or h la constante de Planck vaut :

<math>h = \rm 6{,}626\,070\,15 \times 10^{-34}\; J \; s = 4{,}135\,667\,697 \times 10^{-15}\; eV \; s</math>

et c la vitesse de la lumière est de Modèle:Unité.

Donc un photon de Modèle:Unité aura une longueur d'onde de Modèle:Unité. En pratique, on calcule une longueur d'onde de Modèle:Unité pour un photon d'Modèle:Unité.

Dans les calculs impliquant plusieurs unités, il est préférable d'utiliser ħ plutôt que h. La formule pour calculer la vitesse de la lumière reste une distance divisée par un temps (donc, sans ajustement par un facteur 2 π).

Voir aussi

Articles connexes

• Préfixes du Système international d'unités
• Prout (unité), ancienne unité.

Liens externes

• {{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Présentation sur hyperphysics
• {{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Constantes de base avec tableau de conversion des unités d'énergie