Electronvoltio para niños
Datos para niños Electronvoltio |
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|---|---|---|
| Magnitud | Energía | |
| Símbolo | eV | |
| Equivalencias | ||
| Unidades básicas del Sistema Internacional | 1 eV = 1.602 177 × 10−19 J | |
El electronvoltio (símbolo eV) es una unidad de energía muy pequeña. Imagina que tienes un electrón, que es una partícula diminuta con carga eléctrica. Si este electrón se mueve a través de un campo eléctrico donde la diferencia de voltaje es de 1 voltio, la energía que gana o pierde se mide en electronvoltios.
Un electronvoltio es una cantidad de energía muy específica: equivale a 1,602176634 × 10−19 julios. Aunque no es una unidad oficial del Sistema Internacional de Unidades, se acepta su uso en ciencia.
Contenido
¿Por qué el electronvoltio es importante en la física?
El electronvoltio es muy útil para medir la energía de partículas muy pequeñas. En el mundo de la física de partículas, las energías suelen ser tan diminutas que el julio, la unidad estándar, es demasiado grande. Por eso, los científicos usan el electronvoltio y sus múltiplos.
Múltiplos del electronvoltio: ¿Cómo se usan?
Para energías más grandes, se usan prefijos como en otras unidades:
- keV (kiloelectronvoltio): 1.000 eV
- MeV (megaelectronvoltio): 1.000.000 eV
- GeV (gigaelectronvoltio): 1.000.000.000 eV
- TeV (teraelectronvoltio): 1.000.000.000.000 eV
Por ejemplo, los aceleradores de partículas más potentes, como el gran colisionador de hadrones (LHC), pueden acelerar partículas a energías de varios teraelectronvoltios. Incluso se han detectado rayos cósmicos en el universo con energías aún mayores, de petaelectronvoltios (PeV) o exaelectronvoltios (EeV).
¿Cómo se relaciona el electronvoltio con la masa?
En la física de partículas, a veces se usa el electronvoltio para hablar de la masa. Esto se debe a la famosa ecuación de Albert Einstein, E = mc², que muestra que la energía (E) y la masa (m) están relacionadas. La "c" es la velocidad de la luz.
Así, los científicos pueden expresar la masa de una partícula en unidades de eV/c². Por ejemplo, un protón tiene una masa de aproximadamente 0,938 GeV/c². Esto hace que el GeV/c² sea una unidad muy práctica para medir la masa de las partículas.
- 1 eV/c² = 1,783 × 10-36 kg
- 1 GeV/c² = 1,783 × 10-27 kg
¿Cómo se relaciona el electronvoltio con la temperatura?
En algunos campos, como la física del plasma, el electronvoltio también se usa para expresar temperaturas. Para convertir de electronvoltios a la escala Kelvin (una unidad de temperatura), se divide el valor en eV por la constante de Boltzmann.
Por ejemplo, un plasma muy caliente en un experimento de fusión puede tener una temperatura de 15 keV, lo que equivale a 174 millones de Kelvin.
¿Cómo se define el electronvoltio?
Un electronvoltio es la energía que gana o pierde un solo electrón cuando se mueve en el vacío a través de una diferencia de potencial eléctrico de un voltio.
Para calcular su valor, multiplicamos la carga de un electrón (que es 1.602176634×10−19 C) por 1 voltio. Así, 1 eV = 1 e × 1 V.
Historia del electronvoltio
La idea del electronvoltio, que al principio se llamaba "voltio equivalente", apareció por primera vez en 1912. Fue en un artículo científico de Karel Taylor Compton y Owen Willans Richardson que hablaba sobre el efecto fotoeléctrico.
En Estados Unidos, al principio se usaba la unidad "BeV" para referirse a mil millones de electronvoltios. Sin embargo, en 1948, una organización internacional de física decidió que era mejor usar el prefijo "giga", por lo que la unidad se abrevió a GeV.
Algunos aceleradores de partículas famosos llevan nombres relacionados con estas unidades. Por ejemplo, el acelerador Bevatron (que funcionó de 1954 a 1993) y el Tevatron (que funcionó de 1983 a 2011 y aceleraba partículas a energías de hasta 1 TeV).
¿Qué tan grande es un electronvoltio?
El electronvoltio es una cantidad de energía extremadamente pequeña en nuestra vida diaria. Por ejemplo, la energía de un mosquito volando es de aproximadamente un billón de electronvoltios. Por eso, esta unidad es útil solo cuando hablamos de energías a nivel de partículas.
Aquí tienes algunos ejemplos de energías en electronvoltios:
- Para sacar un electrón de un átomo de hidrógeno (proceso llamado ionización), se necesitan 13,6 eV.
- La energía de la luz visible también se mide en electronvoltios.
- La energía cinética promedio de las partículas de aire a temperatura ambiente es de unos 38 milielectronvoltios (meV).
- La velocidad de un electrón con 1 eV de energía cinética es de unos 593 kilómetros por segundo. Un protón con la misma energía cinética se movería a solo 13,8 kilómetros por segundo.
Medición de la energía con electronvoltios
En la práctica, el electronvoltio es muy conveniente porque el cambio de energía de una partícula con carga elemental (como un electrón) en electronvoltios corresponde directamente al voltaje en voltios por el que la partícula es acelerada o frenada.
Un buen ejemplo es el equipo para observar el efecto fotoeléctrico. En este experimento, la luz incide sobre un cátodo y arranca electrones. Estos electrones viajan hacia un ánodo, creando una corriente eléctrica. Para saber cuánta energía tienen los electrones, se aplica un voltaje de frenado entre el cátodo y una rejilla. Si el electrón tiene suficiente energía, supera este voltaje y llega al ánodo. El valor máximo de voltaje de frenado que detiene la corriente nos dice directamente la energía cinética de los electrones en electronvoltios. Por ejemplo, si el voltaje de frenado es 1,2 voltios, significa que los electrones tienen 1,2 electronvoltios de energía.
Esta relación directa hace que el electronvoltio sea una unidad muy útil y precisa para los científicos que trabajan con partículas.
Véase también
En inglés: Electronvolt Facts for Kids
