Electron volt


Electron volt

Électron-volt

En physique, l'électronvolt (symbole eV) est une unité de mesure d'énergie. Sa valeur est définie comme étant l'énergie cinétique d'un électron accéléré depuis le repos par une différence de potentiel d'un volt. Un électron-volt est donc égal à environ 1,602 176 53×10-19 joule. C'est une unité hors système international (SI) dont la valeur est obtenue expérimentalement.

On utilise l'électron-volt 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 :

Multiples usuels 
1 keV = 103 eV
1 MeV = 106 eV
1 GeV = 109 eV
1 TeV = 1012 eV

Dans certains documents relativement anciens, on peut voir la notation "BeV" pour « billion electronvolt » : elle est équivalente au GeV (gigaélectron-volt).

Sommaire

Utilisation de l'électron-volt pour une masse

D'après la relation E = m·c2 de la relativité restreinte ; 1 kg ≈ 90 PJ (pétajoules), on déduit :

{1 \mbox{ eV} \over \mbox{c}^{2}} = \frac {1,602\ 2\cdot10^{-19}\mbox{ J}} {(299\ 792\ 458\mbox{ m/s})^2} = {1,783\cdot10^{-36} \mbox{ J}\cdot\mbox{s}^2\cdot\mbox{m}^{-2}} = {1,783\cdot10^{-36} \mbox{ kg}}

Par exemple, la masse de l'électron est de 511 keV/c2, celle du proton de 938 MeV/c2 et celle du neutron est de 940 MeV/c2.
Pour faire court, et s'il n'y a pas d'ambigüité, on omet parfois d'écrire le « .../c2 ».

Utilisation de l'électron-volt pour une température

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

{1 \mbox{ eV} \over k_B} = {1,602\ 2\cdot10^{-19}\mbox{ J} \over 1,380\ 650\cdot10^{-23} \mbox{ J/K}} = 11\ 605\mbox{ K}

Par exemple, une température typique de plasma dans une fusion par confinement magnétique est de 15 keV, soit 174 MK (mégakelvins). La température ambiante (~20 °C) correspond à 1/40e d'électron-volt (0,025 eV).

Utilisation de l'électron-volt pour une durée

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

\frac{\hbar}\mbox{2 eV} = \frac {1,054\ 571\ 68 \cdot10^{-34} \mbox{ J}\cdot \mbox{s}}{2 \times 1,602\ 2\cdot10^{-19}\mbox{ J}} = 3,291\ 011\ 359\ 38\cdot10^{-16} \mbox{ s}

On rencontre de telles durées notamment dans les demi-vies de noyaux exotiques. Par exemple, la demi-vie du 8C est de 230 keV, soit 1,43·10-21 s.

Liens externes

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