Electron Volt - Đơn vị đo lường năng lượng quan trọng trong vật lý nguyên tử và vật lý hạt nhân

Khi nói đến thế giới vi mô của các hạt electron, proton và neutron, không thể không kể đến một đơn vị năng lượng đặc biệt được sử dụng thường xuyên là Electron Volt (eV). Tuy nhiên, đơn vị “nhỏ xíu” này lại có sức mạnh to lớn trong việc giúp các nhà khoa học khám phá những bí ẩn của vật lý nguyên tử và hạt nhân. Vậy Electron Volt là gì? Hãy cùng FPT Shop khám phá tất tần tật trong bài viết dưới đây!

Electron Volt là gì? 

Electron Volt (eV) là một đơn vị đo năng lượng phổ biến trong vật lý, đặc biệt là trong các lĩnh vực vật lý nguyên tử, vật lý hạt nhân, v.v. Một Electron Volt tương ứng với năng lượng mà một electron nhận được khi di chuyển qua điện thế chênh lệch 1 volt. Mặc dù giá trị của Electron Volt rất nhỏ so với các đơn vị năng lượng khác như Joule, song đơn vị đo này vẫn cực kỳ hữu ích ở quy mô vi mô.

Lịch sử hình thành Electron Volt

Trước thế kỷ 20, các nhà khoa học chưa có khái niệm chính xác về đơn vị đo eV. Tuy nhiên, cùng với sự tiến bộ trong nghiên cứu điện học và khám phá về electron, đơn vị Electron Volt (eV) dần trở nên phổ biến và được chuẩn hóa.

Vào thập niên 1920 và 1930, sự ra đời của cơ học lượng tử và thuyết tương đối thúc đẩy việc sử dụng eV như một đơn vị quan trọng trong đo lường năng lượng. Các thí nghiệm về hiệu ứng quang điện và việc khám phá các hạt hạ nguyên tử giúp làm sáng tỏ vai trò của eV trong việc xác định năng lượng của các hạt này.

Đến giữa thế kỷ 20, với sự xuất hiện của các máy gia tốc hạt, eV và các bội số như keV (kiloelectronvolt), MeV (megaelectronvolt), và GeV (gigaelectronvolt) trở thành đơn vị thiết yếu trong nghiên cứu vật lý hạt nhân và vật lý hạt cơ bản. Quá trình phát triển của đơn vị eV không chỉ phản ánh sự tiến bộ trong khoa học mà còn cho thấy nhu cầu về một hệ đo lường thống nhất và tiện dụng cho nghiên cứu khoa học.

Mối quan hệ giữa Electron Volt và Volt

Volt (V) và electron-volt (eV) có mối liên hệ trong các phép đo điện trường và năng lượng của các hạt tích điện. Volt là đơn vị đo chênh lệch điện thế hoặc lực điện động, trong khi electron-volt là đơn vị đo năng lượng của các hạt tích điện. Tức, hai đơn vị này biểu thị hai đại lượng vật lý khác nhau.

Cách quy đổi Electron Volt

Trong hệ đơn vị SI, công thức tính eV là:

1 eV = 1e*1V = 1,602.10^-19 C*V = 1,602.10^-19 A*s*V = 1,602.10^-19 W*s = 1,602.10^-19 J

Trong đó:

• eV: Electron Volt
• e: Giá trị của điện tích của electron.
• V: Ký hiệu của volt, đơn vị đo điện thế.
• C: Ký hiệu của Coulomb, đơn vị đo điện tích trong hệ SI.
• S: Đơn vị đo thời gian, có nghĩa là giây.
• A: Ký hiệu của Ampe, đơn vị đo dòng điện.
• W: Ký hiệu của Watt, đơn vị đo công suất.
• J: Ký hiệu của joule, đơn vị năng lượng trong hệ SI.

Ngoài ra, một số bội số của eV thường được sử dụng bao gồm keV (kilo Electron Volt), MeV (mega Electron Volt), và GeV (giga Electron Volt), giúp dễ dàng biểu diễn các giá trị năng lượng lớn hơn trong các nghiên cứu và thí nghiệm vật lý.

Vai trò của Electron Volt

Trong vật lý nguyên tử và vật lý hạt nhân, các hạt như electron, proton và neutron đều có năng lượng rất nhỏ, và các đơn vị đo năng lượng truyền thống như Joule không thuận tiện cho các phép tính này. Electron Volt vì có giá trị nhỏ lại phù hợp để đo năng lượng ở quy mô vi mô và cung cấp cho các nhà khoa học một công cụ để dễ dàng làm việc với các con số nhỏ hơn.

Vật lý hạt nhân

Trong vật lý hạt nhân, eV là đơn vị được dùng để đo năng lượng của các hạt nhân và các hạt nhỏ hơn như proton, neutron và electron. Vì các hạt này có năng lượng rất nhỏ, eV trở thành đơn vị phù hợp nhất để diễn tả các mức năng lượng này:

• Năng lượng liên kết giữa các hạt trong hạt nhân.
• Năng lượng phát ra hoặc hấp thụ khi hạt nhân phân rã.
• Năng lượng của các phản ứng hạt nhân.

Vật lý nguyên tử

Trong lĩnh vực này, eV dùng để đo năng lượng của các electron trong nguyên tử và các mức năng lượng trong quang phổ điện từ.

• Năng lượng ion hóa: Mức năng lượng cần để tách một electron ra khỏi nguyên tử.
• Năng lượng kích thích: Mức năng lượng cần để đưa electron lên mức năng lượng cao hơn.
• Năng lượng phát xạ: Năng lượng phát ra dưới dạng photon khi electron di chuyển từ mức cao xuống mức thấp hơn.

Vật lý chất rắn

Trong vật lý chất rắn, eV được dùng để mô tả các hiện tượng liên quan đến năng lượng trong các vật liệu rắn. Các ứng dụng chính bao gồm:

• Năng lượng liên kết của electron trong mạng tinh thể.
• Năng lượng vùng cấm (bandgap): Mức năng lượng cần để nâng electron từ vùng hóa trị lên vùng dẫn trong chất bán dẫn.
• Phân tích cấu trúc vùng năng lượng trong các vật liệu bán dẫn và cách điện.

Vật lý Plasma

Trong vật lý plasma, eV được dùng để đo năng lượng của các ion và electron trong môi trường plasma, giúp xác định các thuộc tính quan trọng của plasma như nhiệt độ và mật độ năng lượng.

Hóa học

Trong lĩnh vực hóa học, eV được sử dụng để đo năng lượng trong các phản ứng hóa học và quá trình ion hóa, bao gồm:

• Năng lượng liên kết trong phân tử.
• Năng lượng kích thích và ion hóa của các phân tử và nguyên tử.

Ứng dụng của Electron Volt trong thực tế

Electron Volt không chỉ là một đơn vị trừu tượng mà còn có nhiều ứng dụng thực tế như:

• Máy gia tốc hạt: Các máy gia tốc hạt như LHC (Large Hadron Collider) tại CERN sử dụng Electron Volt để đo năng lượng của các hạt gia tốc, có thể lên đến hàng tera Electron Volt (TeV).
• Vật liệu học và bán dẫn: Trong nghiên cứu về vật liệu bán dẫn, Electron Volt giúp đo năng lượng của các mức điện tử trong vật liệu, xác định tính dẫn điện và tính chất của chất bán dẫn.
• Quang học và laser: Các photon ánh sáng cũng được đo bằng Electron Volt, giúp xác định bước sóng ánh sáng và năng lượng của các nguồn sáng như laser.

Ngoài ra, Electron Volt cũng được dùng để đo năng lượng của các hạt trong vũ trụ, chẳng hạn như tia vũ trụ. Các hạt này có thể mang năng lượng lên đến hàng triệu tỷ Electron Volt. Các nhà thiên văn học nghiên cứu các hạt mang năng lượng cao này để tìm hiểu về các sự kiện vũ trụ lớn như vụ nổ siêu tân tinh và các hố đen siêu nặng.

Hạn chế của Electron Volt

Mặc dù Electron Volt rất hữu ích ở quy mô vi mô, nhưng đơn vị này không phù hợp khi đo năng lượng ở quy mô lớn như trong các hệ thống vĩ mô. Trong các lĩnh vực như nhiệt động học hay năng lượng học, các đơn vị như Joule hoặc kWh (kilowatt giờ) thường được sử dụng thường xuyên hơn vì chúng có giá trị lớn và thích hợp với các quá trình và thiết bị tiêu thụ năng lượng cao.

Tạm kết

Tóm lại, Electron Volt (eV) là một đơn vị nhỏ nhưng vô cùng quan trọng trong vật lý nguyên tử và vật lý hạt nhân, giúp các nhà khoa học đo lường và so sánh năng lượng của các hạt cơ bản một cách chính xác. Nhờ eV, chúng ta có thể hiểu rõ hơn về các phản ứng hạt nhân, sự di chuyển của electron và nhiều hiện tượng phức tạp khác trong thế giới vi mô.

Và nếu bạn đang tìm kiếm một chiếc laptop mạnh mẽ để hỗ trợ nghiên cứu và học tập, đừng quên ghé FPT Shop để khám phá các dòng laptop mới nhất với ưu đãi “khủng”. Tham khảo ngay tại đây nhé!

Laptop giá rẻ

Xem thêm:

• Tìm hiểu W là gì? Đơn vị Watt là gì? Bạn đã biết cách tính tiền điện tiêu thụ?
• Wh là gì? Cách chuyển đổi đơn vị mAh sang Wh và ngược lại dễ dàng